PwrBlock: pruebas de fuente de alimentación prototipo

PwrBlock: Fuente de alimentación programable de código abierto — Primeras pruebas del prototipo y especificaciones clave

PwrBlock es una fuente de alimentación programable de código abierto diseñada específicamente para bancos de pruebas y validación automatizada de electrónica. El proyecto ha evolucionado desde los esquemáticos hasta hardware funcional: se han ensamblado prototipos, se han probado sus modos operativos fundamentales y se han verificado sus especificaciones clave. El equipo suministra energía estable y monitorizada con precisión, sin necesidad de modificar instrumentos comerciales.

Componentes clave del bloque

El prototipo prioriza la compactación, la exactitud en las mediciones y el control mediante interfaces. Sus elementos centrales son:

• Circuito integrado de protección TPS25983: rango de entrada de 2,7–26 V; interruptor FET integrado con resistencia de conducción de 2,7 mΩ a 20 A.
• Microcontrolador STM32G0C1CE: núcleo Cortex-M0+ a 64 MHz, 512 KB de memoria flash y controlador USB Type-C PD integrado — elimina la necesidad de un chip PD externo.
• Monitor de corriente/tensión INA229: hasta 85 V, resolución de 20 bits, interfaz SPI, interrupciones activadas por umbrales y sensor de temperatura interno (±1 °C). Mide corriente, tensión, potencia y energía — calibrado de fábrica, sin necesidad de calibración por parte del usuario.
• Convertidor DC-DC LM51772: topología buck-boost, configurable mediante I²C.

// Ejemplo de comando típico I²C para configurar el LM51772 (pseudocódigo)
escribir_i2c(0x40, REG_VOUT, 32000);  // 32 V
escribir_i2c(0x40, REG_ILIM, 3000);   // 3 A

En conjunto, estos componentes ofrecen un rango de salida de 1–32 V y hasta 3 A de corriente continua.

Prueba de estrés a máxima potencia

El prototipo funcionó de forma continua a 32 V / 3 A (96 W de salida) durante 3 horas. Condiciones de prueba: fuente de laboratorio (no red eléctrica), carga electrónica y PCB desnuda — sin carcasa ni disipador térmico.

Resultados:

| Parámetro | Valor |

|-----------|--------|

| Potencia de entrada | 103,64 W |

| Potencia de salida | 96,17 W |

| Rendimiento | 92,7 % |

| Pérdida de potencia | 7,47 W |

El rendimiento coincide con las predicciones teóricas. Las imágenes térmicas mostraron: carcaza del inductor a 80 °C, IC del convertidor DC-DC entre 71–72 °C y pads térmicos en la cara inferior a 86 °C. El inductor está clasificado hasta 165 °C — no se observó estrés térmico. Recomendaciones: reforzar la sujeción del inductor y añadir material de interfaz térmica para mejorar la transferencia de calor.

Regulación de tensión y corriente

La tensión se ajusta digitalmente mediante I²C: paso de 10 mV (1–24 V), paso de 20 mV (3,3–32 V). Existe una función analógica de ajuste fino, no documentada pero totalmente funcional, accesible mediante el pin ATRK del LM51772 — permite resolución de 1 mV.

Para limitación de corriente, el LM51772 soporta regulación de corriente media mediante una resistencia shunt externa, configurada vía I²C (paso de 50 mA). Por debajo de 500 mA, la regulación hardware no está disponible. Alternativas:

• Resistencia ISET externa controlada por DAC del MCU: permite control analógico sub-mA — pero introduce rizado de 6,5 kHz por debajo de 500 mA.
• Sustitución del shunt: reduce la corriente mínima regulada a 250 mA y amplía la corriente máxima a 3,5 A.
• Modo de corriente constante (CC) controlado por software para corrientes inferiores a 250 mA.

Rango hardware de CC: 250 mA – 3 A. Paso digital: 25 mA.

Carcasa y diseño mecánico

Carcasa fabricada en aluminio anodizado de 1 mm: etiquetado láser, rigidez suficiente para producción en baja escala. La placa se monta mediante espaciadores con pads térmicos integrados. Se identificó un problema: la anodización aísla los contactos de tierra — requiere abrasión localizada para garantizar una conexión a tierra fiable. Se añadieron agujeros de fijación para integración en bancos de pruebas estándar. El botón de encendido se actualizó a tipo táctil con clic y retroiluminación LED.

Conclusiones clave

• Rendimiento del 92,7 % a 96 W — verificado bajo condiciones reales de estrés sin refrigeración activa.
• Regulación de precisión: resolución de tensión de 1 mV y pasos digitales de corriente de 25 mA.
• El INA229 ofrece mediciones de 20 bits con confianza de fábrica — sin calibración requerida.
• Totalmente de código abierto: constrúyelo tú mismo, modifícalo libremente y amplía sus funciones.
• La limitación hardware de corriente comienza en 250 mA; corrientes más bajas se gestionan mediante modo CC por software.

Pasos siguientes

Prioridades de desarrollo inminentes:

• Pruebas en cámara climática y certificación EMC.
• Optimización de la respuesta dinámica.
• Implementación robusta de modo CC por software para corrientes ultra-bajas (<250 mA).
• Finalización y lanzamiento del firmware.
• Diseño de fijaciones para validación masiva a nivel de placa.

PwrBlock se integra sin esfuerzo en bancos de pruebas modulares junto con otros bloques de construcción de código abierto (por ejemplo, programador, DAQ). Próximo en la lista: CmptBlock — una unidad de E/S y metrología basada en el Raspberry Pi Compute Module.

— Editorial Team