USB-C PD/PPS как карманный лабораторный БП на ESP32
Напряжение 15.96 В при уставке 16 В и 20.07 В в режиме 20 В авторы PowerPD получили от обычного USB-C адаптера, добавив между ним и нагрузкой PD-sink, измеритель тока и выходной ключ. Плата на ESP32 делает PPS-напряжение доступным с энкодера, однако точность, защита и динамика определяются кабелем, зарядником и программным циклом контроля.
Проект PowerPD собирает компактный программируемый источник питания вокруг ESP32-WROOM-32E и контроллера USB Power Delivery AP33772S. Устройство подключается к USB-C адаптеру в роли потребителя, считывает доступные профили питания и запрашивает фиксированные PDO либо регулируемый PPS. На выходе доступны те уровни напряжения и тока, которые объявил конкретный источник питания: обычно это профили 5, 9, 15 и 20 В, а при PPS — промежуточные значения в пределах согласованного диапазона.
Силовой тракт здесь предельно короткий. VBUS от USB-C проходит через 5 mΩ шунт INA226 и выходной MOSFET к клеммам нагрузки. Понижающий MP1584 обслуживает внутреннее питание платы, после него установлен LDO AP2204K-3.3 для логики. ESP32 управляет AP33772S и INA226 по I²C, выводит параметры на 1.3-дюймовый OLED SH1106, а уставки выбираются энкодером и кнопками. Такая топология сохраняет КПД и компактность, поскольку на пути нагрузки отсутствует мощный регулирующий DC/DC-каскад.
Одновременно она задаёт принципиальные границы применения. Выход PowerPD представляет собой согласованное напряжение VBUS, а не самостоятельно стабилизируемую CV/CC-шину. В режиме fixed PDO контроллер выбирает профиль зарядника; в PPS он формирует запрос напряжения и тока, после чего адаптер принимает либо отклоняет его в рамках собственных возможностей. Драйвер проекта округляет напряжение PPS к сетке 100 мВ, хотя интерфейс меню предлагает более мелкие шаги. Падение на кабеле, контактах, MOSFET и шунте остаётся частью выходной характеристики устройства.
AP33772S аппаратно поддерживает USB PD 3.1: режимы SPR/PPS до 21 В и EPR/AVS до 28 В. Для PowerPD эти цифры не означают готовую работу на 28 В. Прошивка проекта ориентирована на диапазон 5–20 В, а доступность PPS определяется PDO зарядника, номиналом кабеля и результатом PD-переговоров. Даже 12 В не следует считать обязательным профилем: на опубликованных экранах испытаний показаны 5, 9, 15 и 20 В.
Авторы приводят измерения мультиметром Fluke: 4.98 В для профиля 5 В, 15.96 В при уставке PPS 16 В и 20.07 В для 20-вольтового профиля. Показаны также тесты с 12-вольтовым вентилятором и BLDC-мотором. Эти результаты подтверждают работоспособность переговоров и коммутации, однако не характеризуют пульсации, спектр шума, просадку под заданным током и выбросы на ступенях нагрузки. Для лабораторного источника именно эти параметры определяют пригодность при питании радиотрактов, АЦП, FPGA и чувствительных аналоговых узлов.
Защитные пороги реализованы в firmware: выход отключается при напряжении выше 22 В, токе выше 5.5 А или температуре выше 80 °C. Измерения опрашиваются с периодом 100 мс, поэтому ограничение не рассчитано на быстрые короткие замыкания, аварии силовых ключей или выход нагрузки за SOA. В схеме отсутствует отдельный высокоскоростной аппаратный электронный предохранитель; нагрузка получает энергию, которую успеют отдать зарядник, кабель и выходная ёмкость до реакции кода.
Репозиторий содержит исходники, схему, Gerber-файлы и STL корпуса. В открытой версии firmware обнаружены SSID, пароль Wi‑Fi и ключ Adafruit IO, размещённые в исходном тексте. Эти учётные данные нельзя считать секретными. Для повторяемого стенда также потребуется отдельно оценить проводимое и излучаемое помехообразование MP1584, поведение PD-источника при броске тока и фактическое сопротивление всего пути VBUS до нагрузки.