Conversion à une entrée 12V pour Bitaxe Gamma

1. Pour pallier les limitations des alimentations rares et spécialisées, il est recommandé d'adopter une plage d'alimentation standardisée. La configuration actuelle 5V 6A est peu pratique, surtout avec une prise DC, car des courants élevés peuvent provoquer des problèmes de résistance de contact. Passer à une alimentation 12V offre une solution plus efficace. Pour une puissance de 30W identique, une alimentation 12V 2,5A suffit, réduisant les chutes de tension dans les conducteurs et contacts de plus de 58 %.

2. Lors des autotests avec une alimentation Mean Well 5V 6A, des chutes de tension ont été enregistrées sur les condensateurs 5V0 -> C2 ; 1V2 -> C43 :

3. L'adoption d'une entrée 12V est essentielle pour les objectifs de développement futurs, tels que la mise en œuvre de l'USB-C PD et le développement de mineurs pour slot PCIe :

• USB-C PD : Le courant maximal disponible à 5V est limité à 3A, ce qui nécessite une augmentation de la tension d'entrée à 12V ou 15V pour répondre aux exigences de puissance via USB-C PD.
• Compatibilité des emplacements PCIe : Les emplacements PCIe fournissent uniquement des tensions de 12V et 3,3V, rendant une entrée 12V indispensable pour le fonctionnement de l'appareil mineur.

Processus d'implémentation matérielle :

1. Remplacer tous les condensateurs concernés par des modèles à tension nominale plus élevée.

C2; C3; C4; C6; C7; C9; C5; C51; C52 -> changer pour 16V-25
Certaines remplacements peuvent dépasser la taille du boîtier d'origine mais peuvent être soudés avec des ajustements appropriés.

2. Convertir tout le bus 5V en bus 12V. Déconnecter U5 et U6 du rail 5V (12V). Retirer U3 :

3. Ajouter un convertisseur à découpage au rail 12V et régler la tension de sortie à 3,3V, créant ainsi le rail 3,3V.

4. Connecter U4, U5, U6 au rail 3,3V.

5. U2 détecte la tension (rétroaction) sensiblement éloignée de la charge. En utilisant des courants allant jusqu'à 20A, il est très important de connecter les conducteurs de détection aussi près que possible de la charge. Surtout s'il y a des vias sur le chemin du courant.

Pour éliminer les mesures de rétroaction potentiellement erronées, une ligne de détection torsadée directe a été réalisée et connectée à C39.

En simulant la conception TPS546D24 avec WEBENCH Power Designer, il a été constaté que la capacité d'entrée et de sortie n'est pas suffisante. Le concepteur affiche la quantité de condensateurs, ce qui peut prêter à confusion. Une capacité supplémentaire a donc été ajoutée (mais elle reste en dessous des valeurs recommandées en raison du manque d'espace).

Processus d'implémentation logicielle :

Puisque le FW est conçu pour fonctionner avec un matériel qui supporte uniquement une tension d'entrée nominale de 5V, de légers changements des constantes du code sont nécessaires.

La modification a été apportée au fichier d'en-tête TPS546.h :

Tests :

Les tests post-modification ont démontré des performances comparables à la configuration originale 5V. Cependant, U2 a présenté des températures légèrement plus élevées en raison d'une chute de tension plus importante dans le LDO interne. Cela peut être atténué en intégrant un régulateur à découpage 5V externe pour polariser le LDO interne, améliorant ainsi l'efficacité.

Comme mentionné au début, la tension d'entrée 12V simplifie l'approvisionnement en alimentations AC-DC et améliore la disponibilité. Elle permet également des conceptions d'alimentations plus compactes.

Étapes suivantes :

1. Intégrer la compatibilité USB-C PD pour supporter les batteries externes et les chargeurs de téléphone compacts.
2. Concevoir un nouveau PCB pour optimiser les performances thermiques et énergétiques, facilitant des tests précis et éliminant les complexités des prototypes fixés par fil. Comme les tests des prototypes fixés par fil sont un peu délicats, on ne sait jamais si l'on teste l'appareil ou les fixations par fil.
3. Effectuer des tests comparatifs avec le prototype 12V pour valider les améliorations.