System kontrolera ścieżki zasilania wykorzystujący ltc4412 do przełączania między zasilaniem podstawowym i pomocniczym

Jest wiele sytuacji, w których nasz projekt obwodu ma dwa źródła zasilania, takie jak adapter i bateria, lub mogą to być nawet dwa inne zasilacze z dwóch różnych gniazd. Wymaganie aplikacji może być takie, że powinno zawsze być WŁĄCZONE podczas awarii zasilania, korzystając z dostępnego dodatkowego źródła zasilania. Na przykład obwód zasilany za pomocą adaptera musi przełączyć się na akumulator lub dodatkowe źródło zasilania bez przerywania działania obwodu w przypadku awarii zasilania.

W wyżej wymienionych przypadkach pomocny będzie obwód kontrolera ścieżki zasilania. Zasadniczo obwód sterujący ścieżką zasilania będzie przełączać główną moc płytki drukowanej w zależności od dostępnego źródła zasilania, kontrolując ścieżkę, z której zasilanie dociera do obwodu.

W tym projekcie zbudujemy dedykowany system kontrolera ścieżki zasilania, który przełączy pobór mocy obciążenia z zasilania podstawowego na pomocniczy podczas awarii zasilania podstawowego, a także ponownie zmieni źródło zasilania pomocniczego na podstawowe podczas fazy przywracania zasilania podstawowego. Jest to bardzo istotny obwód, który należy zbudować w celu obsługi stanu zasilania nieprzerwanego podczas zmiany mocy wejściowej z pierwotnej na pomocniczą lub pomocniczą na pierwotną. Innymi słowy, może działać jak UPS dla projektów Arduino i Raspberry Pi, a także może być używany do ładowania wielu akumulatorów z jednej ładowarki.

Wymagania

Wymagania dotyczące obwodu określono poniżej:

Prąd obciążenia wyniesie do 3A.
Maksymalne napięcie będzie wynosić 12 V dla adaptera (zasilanie podstawowe) i 9 V jako akumulator (zasilanie dodatkowe)

LTC4412 Kontroler ścieżki zasilania

Głównym kontrolerem wybranym dla obwodu jest LTC4412 firmy Analog Devices (technologie liniowe). Jest to system kontrolera ścieżki zasilania o niskich stratach, który automatycznie przełącza się między dwoma źródłami prądu stałego i upraszcza operacje podziału obciążenia. Ponieważ to urządzenie obsługuje napięcie adaptera w zakresie od 3 woltów do 28 woltów i obsługuje napięcie baterii w zakresie od 2,5 do 25 woltów. W ten sposób spełnia powyższe wymaganie dotyczące napięcia wejściowego. Na poniższym obrazku pokazano schemat wyprowadzeń LTC4412:

Ma jednak dwa źródła wejściowe, jedno podstawowe, a drugie pomocnicze. Główne źródło zasilania (w naszym przypadku adapter ścienny) ma pierwszeństwo przed pomocniczym źródłem zasilania (w tym przypadku bateria). Dlatego zawsze, gdy obecne jest główne źródło zasilania, pomocnicze źródło zasilania zostanie automatycznie odłączone. Różnica między tymi dwoma napięciami wejściowymi wynosi tylko 20 mV. Tak więc, jeśli główne źródło zasilania jest o 20 mV wyższe niż pomocnicze źródło zasilania, obciążenie zostaje połączone z głównym źródłem zasilania.

LTC4412 ma dwa dodatkowe piny - sterowanie i stan. Sworzeń sterujący może być używany do cyfrowego sterowania wejściem do wymuszenia MOSFET, aby wyłączyć, natomiast kołek stan jest kołek wyjściowy otwartym spustowy, który może być stosowany do zlewu 10uA prądu i może być używany do sterowania dodatkowego MOSFET z AN rezystor zewnętrzny. Można to również połączyć z mikrokontrolerem w celu uzyskania sygnału obecności pomocniczego źródła zasilania. LTC4412 zapewnia również ochronę baterii przed odwrotną polaryzacją. Ale ponieważ pracujemy z zasilaczami, tutaj możesz również sprawdzić inne projekty, takie jak ochrona przed przepięciami, ochrona nadprądowa, ochrona przed odwrotną polaryzacją, ochrona przed zwarciem, kontroler Hot Swap itp., Które mogą się przydać

Innym elementem jest użycie dwóch tranzystorów MOSFET z kanałem P do sterowania pomocniczymi i głównymi źródłami zasilania. W tym celu FDC610PZ jest używany jako kanał P, -30V, -4,9A MOSFET, który jest odpowiedni do działania 3A przełączania obciążenia. Ma niską rezystancję RDS _ON wynoszącą 42 mili-omy, co sprawia, że nadaje się do tego zastosowania bez dodatkowego radiatora.

Dlatego szczegółowe zestawienie komponentów to:

LTC4412
MOSFET z kanałem typu P - FDC610PZ - 2 szt
Rezystor 100k
Kondensator 2200uF
Łącznik Relimate - 3 szt
PCB

Schemat obwodu sterownika toru zasilania LTC4412

Obwód ma dwa warunki pracy, jeden to utrata mocy pierwotnej, a drugi to powrót mocy pierwotnej. Główna praca jest wykonywana przez kontroler LTC4412. LTC4412 łączy obciążenie wyjściowe z zasilaniem pomocniczym zawsze, gdy napięcie zasilania podstawowego spadnie o 20 mV mniej niż napięcie zasilania pomocniczego. W tej sytuacji pin stanu obniża prąd i włącza pomocniczy MOSFET.

W innych warunkach pracy, gdy napięcie wejściowe zasilania podstawowego przekracza 20 mV powyżej źródła zasilania pomocniczego, obciążenie jest ponownie łączone z głównym źródłem zasilania. Styk stanu przechodzi następnie w stan otwartego drenu i wyłącza tranzystor P-Channel MOSFET.

Te dwie sytuacje nie tylko automatycznie zmieniają źródło zasilania w zależności od awarii zasilania podstawowego, ale także powodują przełączenie, jeśli napięcie pierwotne znacznie spadnie.

Pin czujnika dostarcza zasilanie do obwodów wewnętrznych, jeśli VIN nie otrzymuje żadnego napięcia, a także wykrywa napięcie podstawowego zasilacza.

Większy kondensator wyjściowy 2200uF 25V zapewni wystarczającą filtrację podczas faz wyłączania. W krótkim czasie, w którym nastąpi przełączenie, kondensator będzie zasilał obciążenie.

Projekt płytki PCB

Aby przetestować obwód, potrzebujemy PCB, ponieważ układ LTC4412 jest w pakiecie SMD. Na poniższym obrazku pokazano górną część planszy-

Projekt wykonywany jest jako płyta jednostronna. Na płytce drukowanej wymagane są również 3 zworki przewodowe. Dostępne są również dwa dodatkowe opcjonalne wejścia i styki wyjściowe do obsługi operacji związanych ze sterowaniem i stanem. W razie potrzeby można podłączyć mikrokontroler do tych dwóch pinów, ale nie będziemy tego robić w tym samouczku.

Na powyższym obrazku dolna strona PCB jest pokazana, gdzie są wyświetlane dwa tranzystory MOSFET Q1 i Q2. Jednak tranzystory MOSFET nie wymagają dodatkowych radiatorów, ale w konstrukcji został utworzony radiator PCB. Zmniejszy to rozpraszanie mocy na tranzystorach MOSFET.

Testowanie kontrolera ścieżki zasilania

Dwa powyższe obrazy pokazują płytkę PCB kontrolera ścieżki zasilania, który został wcześniej zaprojektowany. Jednak PCB jest wersją ręcznie wytrawioną i będzie służyć temu celowi. Elementy są prawidłowo wlutowane w PCB.

Aby przetestować obwód, do wyjścia podłączane jest regulowane obciążenie DC, które pobiera prawie 1 amper prądu. Jeśli nie masz cyfrowego obciążenia DC, możesz również zbudować własne regulowane obciążenie DC za pomocą Arduino.

Do celów testowych spotkałem się z niedoborem baterii (tutaj jest to blokada COVID-19), dlatego zastosowano zasilacz stołowy, który ma dwa wyjścia. Jeden kanał jest ustawiony na 9 V, a drugi na 12 V. Kanał 12 V jest odłączany, aby zobaczyć wynik na wyjściu i ponownie podłączany do kanału, aby sprawdzić działanie obwodu.

Możesz obejrzeć film, do którego link znajduje się poniżej, aby uzyskać szczegółową demonstrację działania obwodu. Mam nadzieję, że spodobał Ci się projekt i nauczyłeś się czegoś przydatnego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystaj z naszych forów, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.