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Carte d'alimentation 5 V 5 A (PD) pour Raspberry Pi 5

PCB KiCad fournissant un rail stable de 5 V, 5 A adapté au Raspberry Pi 5.

Rendu 3D de la carte

Résumé​

  • Objectif: Alimentation fiable 5,1 V, 5 A avec faible ondulation et protections robustes.
  • Interface de sortie: USB-C vers Pi 5.
  • Entrées: 9-24 V DC (JST GH 2,54 mm 2 broches).
  • Topologie: Convertisseur DC/DC buck (abaisseur) avec contrôle de courant.
  • Buts clés: Gérer les transitoires du Pi 5, minimiser la chute de câble, sécurité thermique.

Spécifications clés​

  • Tension de sortie: 5,1 V ±2 % au connecteur carte sous 0-5 A
  • Courant max: 5 A continu, 6 A crête (≤100 ms)
  • Ondulation: ≤30 mV crête-à-crête (BP 20 MHz) à 5 A
  • Protections: OVP, OCP, UVLO, inversion, court-circuit, thermique
  • Rendement: ≥93 % à 5 V / 5 A (si conversion DC/DC)
  • Compensation de câble: viser 5,05-5,2 V au niveau du Pi en charge (documenter la méthode)

Schéma système​

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Interfaces​

  • Entrée:
    • JST GH 2,54 mm 2 broches (9-24 V DC)
  • Sortie:
    • USB-C vers Pi 5 (5 V uniquement, assurer la capacité 5 A)
  • Indicateurs: LED PGOOD, LED défaut
  • Points de test: JST GH 2.54mm SDA/SCL

Protections et sécurité​

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Aperçu du schéma​

Aperçu du schéma

Notes de routage PCB​

Couche supérieure

Règles et contraintes électriques (KiCad)​

  • Classes de nets:
    • 5V_HIGH_I: largeur min X mm, via Y/Z mm, écartement ≥0,4 mm
    • SW_NODE: court, keepout sous l'inductance
    • SIGNAL: largeur/écartement standard
  • Règles de conception:
    • Diamètres de perçage pour connecteurs et fusibles choisis
    • Distance de fuite/isolement ≥1 mm sur le domaine 5 V, plus près des nœuds transitoires
  • Vérifications: ERC propre, DRC propre, réseaux non connectés résolus

Nomenclature (haut niveau)​

  • Contrôleur PD: [réf], méthode de config (EEPROM/MCU)
  • Contrôleur/module buck: [réf], inductance [valeur, Isat], FETs [Rds(on)]
  • Shunt: [valeur 1-2 mΩ, 4 bornes si possible], puissance ≥3 W
  • Condensateurs de sortie: polymère low-ESR en vrac + mélange céramiques (documenter quantités/valeurs)
  • Diodes TVS: cotes d'entrée et de sortie
  • Connecteurs: réceptacle USB-C (5 A), en-têtes, jack/XT60
  • Pads thermiques/isolants si utilisés

Notes d'assemblage​

  • Type de pâte à souder, épaisseur de pochoir (p. ex., 120-130 μm)
  • Conseils de soudure manuelle pour composants à forte masse
  • Nettoyage et vernis de tropicalisation (le cas échéant)
  • Étiquetage: polarité, révision, plage d'entrée, puissance de sortie

Plan de test​

  • Mise en route:
    • Alimenter avec alimentation de labo à courant limité
    • Vérifier 5,1 V à vide, courant de repos
    • Échelon de charge: 0→5 A, mesurer chute/surtension et stabilisation
  • Protections:
    • Seuil OCP et comportement reprise auto/verrouillé
    • Temps de réaction au court-circuit
    • Seuils UVLO/OVP
  • Thermique:
    • 5 A en régime établi à 25 °C et 40 °C ambiant; enregistrer les points chauds
  • USB-C PD:
    • Pour récepteur PD: vérifier contrat 5 V/5 A, détection câble e-marqué
  • Régulation ligne/charge et balayage d'efficacité
  • Conformité: pré-vérification EMI si applicable

Intégration avec Raspberry Pi 5​

  • Câble: USB-C 5 A avec e-marker; noter la référence
  • Tension au Pi sous 5 A ≥ 4,9 V (mesurée aux pastilles de test du Pi)
  • Journal baisses/sous-tension: confirmer absence de bridage sous charges en rafales

Fichiers de projet (KiCad)​

  • Projet: ./power-delivery.kicad_pro
  • Schéma: ./power-delivery.kicad_sch
  • PCB: ./power-delivery.kicad_pcb
  • Sorties:
    • ./outputs/gerbers/
    • ./outputs/step/
    • ./outputs/pdf/

Historique des révisions​

  • v0.1: Prototype initial
  • v0.2: Thermique/vias améliorés, filtre LC mis à jour
  • v1.0: Version

Points ouverts / TODO​

  • Sélectionner le contrôleur PD final et valider la config
  • Ajuster la compensation et l'amortissement LC
  • Finaliser largeurs de plans et nombre de vias
  • Compléter les rapports de test et joindre les courbes