Conversione a ingresso 12V per Bitaxe Gamma

1. Per affrontare le limitazioni degli alimentatori rari e specializzati, si consiglia di adottare una gamma di alimentazione standardizzata. L'attuale configurazione 5V 6A è poco pratica, specialmente usando un connettore DC, poiché livelli di corrente elevati possono causare problemi di resistenza di contatto. Passare a un alimentatore da 12V offre una soluzione più efficiente. Per la stessa potenza di 30W, un alimentatore da 12V 2,5A è sufficiente, riducendo le cadute di tensione su conduttori e contatti di oltre il 58%.

2. Durante i test automatici con un alimentatore Mean Well da 5V 6A sono state registrate cadute di tensione sui condensatori 5V0 -> C2; 1V2 -> C43:

3. L'adozione di un ingresso a 12V è essenziale per gli obiettivi di sviluppo futuri, come l'implementazione di USB-C PD e lo sviluppo di miner per slot PCIe:

• USB-C PD: La corrente massima disponibile a 5V è limitata a 3A, rendendo necessario aumentare la tensione di ingresso a 12V o 15V per soddisfare i requisiti di potenza tramite USB-C PD.
• Compatibilità Slot PCIe: Gli slot PCIe forniscono solo tensioni di 12V e 3,3V, rendendo indispensabile un ingresso a 12V per la funzionalità del dispositivo miner.

Processo di implementazione hardware:

1. Sostituire tutti i condensatori rilevanti con altri a tensione nominale più alta.

C2; C3; C4; C6; C7; C9; C5; C51; C52 -> cambiare a 16V-25
Alcune sostituzioni possono superare le dimensioni del footprint originale ma possono essere saldate con adeguati aggiustamenti.

2. Convertire l'intera linea a 5V in linea a 12V. Scollegare U5 e U6 dalla linea a 5V (12V). Rimuovere U3:

3. Aggiungere un convertitore switching alla linea a 12V e impostare la tensione di uscita a 3,3V, così da creare la linea a 3,3V.

4. Collegare U4, U5, U6 alla linea a 3,3V.

5. U2 rileva la tensione (feedback) notevolmente lontano dal carico. Usando correnti fino a 20A, è molto importante collegare i conduttori di rilevamento il più vicino possibile al carico. Soprattutto se ci sono vias nel percorso della corrente.

Per eliminare possibili misurazioni errate del feedback è stata realizzata una linea di rilevamento intrecciata diretta e collegata a C39.

Simulando il design TPS546D24 con WEBENCH Power Designer, si è notato che la capacità di ingresso e uscita non è sufficiente. Il designer mostra la quantità di condensatori, quindi può essere confuso. È stata quindi aggiunta capacità extra (ma comunque inferiore ai valori raccomandati a causa della mancanza di spazio).

Processo di implementazione software:

Poiché il firmware è progettato per funzionare con hardware che supporta solo una tensione nominale di ingresso di 5V, sono necessarie lievi modifiche alle costanti del codice.

La modifica è stata apportata al file header TPS546.h:

Test:

I test post-modifica hanno dimostrato prestazioni comparabili alla configurazione originale a 5V. Tuttavia, U2 ha mostrato temperature leggermente elevate a causa di una caduta di tensione maggiore nel LDO interno. Questo può essere mitigato integrando un regolatore switching esterno a 5V per polarizzare il LDO interno, migliorando l'efficienza.

Come detto all'inizio, la tensione di ingresso a 12V semplifica la reperibilità degli alimentatori AC-DC e ne migliora la disponibilità. Consente inoltre design di alimentatori più compatti.

Passi successivi:

1. Integrare la compatibilità USB-C PD per supportare power bank e caricabatterie per telefoni compatti.
2. Progettare un nuovo PCB per ottimizzare le prestazioni termiche ed energetiche, facilitando test accurati ed eliminando le complessità dei prototipi fissati con fili. Poiché il test dei prototipi fissati con fili è un po' complicato, non si sa mai se si sta testando il dispositivo o i fissaggi dei fili.
3. Eseguire test comparativi con il prototipo a 12V per convalidare i miglioramenti.