PwrBlock : tests de prototype d'alimentation électrique

PwrBlock : Alimentation programmable open source — premiers tests du prototype et spécifications clés

PwrBlock est une alimentation électrique programmable open source, conçue pour les bancs d’essai et la validation automatisée d’équipements électroniques. Le projet a franchi la phase de conception schématique pour passer à la réalisation matérielle : des prototypes ont été assemblés, leurs modes de fonctionnement principaux testés et leurs caractéristiques essentielles vérifiées. L’appareil délivre une puissance stable et précisément surveillée, sans nécessiter de modifications sur des instruments commerciaux existants.

Composants clés du bloc

Le prototype privilégie la compacité, la précision des mesures et le contrôle par interface. Ses éléments fondamentaux sont :

• Circuit intégré de protection TPS25983 : plage d’entrée 2,7–26 V ; interrupteur FET intégré avec une résistance à l’état passant de 2,7 mΩ à 20 A.
• Microcontrôleur STM32G0C1CE : cœur Cortex-M0+ cadencé à 64 MHz, 512 Ko de mémoire flash, contrôleur USB Type-C PD intégré — supprimant le besoin d’une puce PD dédiée.
• Moniteur courant/tension INA229 : tension maximale 85 V, résolution 20 bits, interface SPI, interruptions déclenchées par seuil, capteur de température interne ±1 °C. Mesure courant, tension, puissance et énergie — entièrement étalonné en usine, aucune calibration utilisateur requise.
• Convertisseur DC-DC LM51772 : topologie buck-boost, configurable via I²C.

// Exemple de commande I²C typique pour configurer le LM51772 (pseudo-code)
write_i2c(0x40, REG_VOUT, 32000);  // 32 V
write_i2c(0x40, REG_ILIM, 3000);   // 3 A

Ensemble, ces composants permettent une plage de tension de sortie de 1 à 32 V et un courant continu maximal de 3 A.

Test de charge à puissance maximale

Le prototype a fonctionné en continu à 32 V / 3 A (96 W en sortie) pendant 3 heures. Conditions du test : alimentation de banc (pas secteur), charge électronique, carte nue — sans boîtier ni dissipateur thermique.

Résultats :

| Paramètre | Valeur |

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

| Puissance d’entrée | 103,64 W |

| Puissance de sortie | 96,17 W |

| Rendement | 92,7 % |

| Pertes de puissance | 7,47 W |

Le rendement correspond aux prévisions théoriques. Une imagerie thermique a révélé : boîtier de l’inductance à 80 °C, circuit intégré DC-DC entre 71 et 72 °C, pastilles thermiques côté inférieur à 86 °C. L’inductance est qualifiée jusqu’à 165 °C — aucun stress thermique n’a été observé. Recommandations : renforcer le montage de l’inductance et ajouter un matériau d’interface thermique pour améliorer le transfert de chaleur.

Régulation de tension et de courant

La tension est réglée numériquement via I²C : pas de 10 mV (1–24 V), pas de 20 mV (3,3–32 V). Une fonction analogique de réglage fin, non documentée mais pleinement opérationnelle, est accessible via la broche ATRK du LM51772 — permettant une résolution de 1 mV.

Pour la limitation de courant, le LM51772 prend en charge la régulation du courant moyen à l’aide d’une résistance shunt externe, configurée via I²C (pas de 50 mA). En dessous de 500 mA, la régulation matérielle n’est pas disponible. Solutions alternatives :

• Résistance ISET externe pilotée par le DAC du microcontrôleur : autorise un contrôle analogique sous-milliampère — mais introduit une ondulation de 6,5 kHz en dessous de 500 mA.
• Remplacement de la résistance shunt : abaisse le courant minimal régulé à 250 mA et étend le courant maximal à 3,5 A.
• Mode courant constant (CC) logiciel pour les courants inférieurs à 250 mA.

Plage matérielle CC : 250 mA – 3 A. Pas numérique : 25 mA.

Boîtier et conception mécanique

Boîtier en aluminium anodisé de 1 mm d’épaisseur : marquage au laser, rigidité suffisante pour une production à faible volume. La carte est fixée via des entretoises intégrant des pastilles thermiques. Problème identifié : l’anodisation isole les points de masse — un abrasion localisée est nécessaire pour garantir une mise à la terre fiable. Des trous de fixation ont été ajoutés pour une intégration aisée dans des supports d’essai standards. Le bouton marche/arrêt a été remplacé par un modèle tactile à clic, doté d’un éclairage LED intégré.

Points clés à retenir

• Rendement de 92,7 % à 96 W — vérifié dans des conditions réelles de contrainte thermique, sans refroidissement actif.
• Régulation de haute précision : résolution de tension de 1 mV, pas numérique de courant jusqu’à 25 mA.
• L’INA229 fournit des mesures 20 bits entièrement fiables et étalonnées en usine — aucune calibration utilisateur nécessaire.
• Entièrement open source : construisez-le vous-même, modifiez-le librement, étendez ses fonctionnalités.
• La limitation de courant matérielle commence à 250 mA ; les courants inférieurs sont pris en charge via le mode CC logiciel.

Étapes suivantes

Priorités de développement à venir :

• Tests en chambre thermique et conformité CEM.
• Optimisation de la réponse dynamique.
• Implémentation robuste du mode CC logiciel pour les très faibles courants (< 250 mA).
• Finalisation et diffusion du micrologiciel.
• Conception d’un support dédié pour la validation haut débit au niveau carte.

PwrBlock s’intègre parfaitement dans des bancs d’essai modulaires, aux côtés d’autres briques open source (ex. : programmateur, acquisition de données). Prochaine étape : CmptBlock — une unité d’E/S et de métrologie basée sur le Raspberry Pi Compute Module.

— Editorial Team