Systém radiča výkonovej cesty využívajúci ltc4412 na prepínanie medzi primárnym a pomocným napájaním

Existuje veľa situácií, keď má náš návrh obvodu dva zdroje napájania, ako napríklad adaptér a batériu, alebo to môžu byť dokonca dva ďalšie napájacie zdroje z dvoch rôznych zásuviek. Požiadavka aplikácie môže byť asi taká, ako by mala vždy zostať ZAPNUTÁ počas výpadkov napájania použitím a dostupného dodatočného zdroja energie. Napríklad obvod napájaný pomocou adaptéra musí prepnúť na batériu alebo pomocný zdroj napájania bez prerušenia činnosti obvodu v prípade výpadku prúdu.

V týchto vyššie uvedených prípadoch vám bude nápomocný obvod radiča napájacej cesty. V podstate riadiaci obvod silovej cesty prepne hlavný výkon dosky s plošnými spojmi v závislosti na dostupnom zdroji energie riadením cesty, odkiaľ energia prichádza do obvodu.

V tomto projekte vybudujeme vyhradený systém radiča napájacej cesty, ktorý počas výpadku primárneho napájania prepne príkon záťaže z primárneho na pomocný výkon a počas fázy obnovenia primárneho napájania tiež znova zmení pomocný zdroj energie na primárny.. Toto je veľmi dôležitý obvod, ktorý sa má vybudovať na podporu nepretržitého stavu aplikácie napájacieho zdroja počas zmeny vstupného výkonu z primárneho na pomocný alebo pomocný k primárnemu. Inými slovami, môže fungovať ako UPS pre projekty Arduino a Raspberry Pi a môže sa tiež použiť na nabíjanie viacerých batérií z jednej nabíjačky.

Požiadavky

Požiadavka na obvod je uvedená nižšie -

Zaťažovací prúd bude až 3A.
Maximálne napätie bude 12 V pre adaptér (primárne napájanie) a 9 V ako batéria (sekundárne napájanie).

Ovládač výkonovej cesty LTC4412

Hlavným radičom, ktorý je vybraný pre obvod, je LTC4412 od Analog Devices (lineárne technológie). Toto je systém s nízkym stratovým výkonom, ktorý automaticky prepína medzi dvoma zdrojmi jednosmerného prúdu a zjednodušuje operácie zdieľania záťaže. Pretože toto zariadenie podporuje rozsah napätia adaptéra od 3 voltov do 28 voltov a podporuje rozsahy napätia batérie od 2,5 voltu do 25 voltov. Slúži teda vyššie uvedenej požiadavke na vstupné napätie. V nižšie uvedenom obrázku je Pinout schéma LTC4412 je shown-

Má však dva vstupné zdroje, jeden je primárny a druhý je pomocný. Primárny zdroj energie (v našom prípade nástenný adaptér) má prednosť pred pomocným zdrojom energie (v tomto prípade batériou). Preto vždy, keď je k dispozícii primárny zdroj energie, pomocný zdroj energie sa automaticky odpojí. Rozdiel medzi týmito dvoma vstupnými napätiami je iba 20 mV. Ak sa teda primárny zdroj energie zvýši o 20 mV oproti pomocnému zdroju napájania, záťaž sa spojí s primárnym zdrojom energie.

LTC4412 má dva ďalšie piny - ovládanie a stav. Kontrolný kolík môže byť použitý na digitálne ovládanie vstup vynútiť MOSFET vypnúť, zatiaľ čo stav kolík je otvorený vypúšťací výstupný pin, ktorý môže byť použitý pre umývadlo 10uA prúdu a môže byť použitý pre riadenie dodatočného MOSFET s externý odpor. To môže byť tiež prepojené s mikrokontrolérom na získanie signálu prítomnosti pomocného zdroja energie. LTC4412 tiež poskytuje batérii ochranu proti prepólovaniu. Ale keďže pracujeme s napájacími zdrojmi, tu si môžete pozrieť aj ďalšie dizajny, ako je ochrana proti prepätiu, ochrana proti nadmernému prúdu, ochrana proti prepólovaniu, ochrana proti skratu, ovládač Hot Swap atď., Ktoré by sa vám mohli hodiť

Ďalším komponentom je použitie dvoch P-kanálových MOSFETov na riadenie pomocného a primárneho zdroja energie. Na tento účel sa FDC610PZ používa ako P kanál, -30V, -4,9A MOSFET, ktorý je vhodný na prevádzku 3A prepínania záťaže. Má nízky odpor RDS _ON 42 mili ohmov, čo ho robí vhodným pre túto aplikáciu bez ďalšieho chladiča.

Preto je podrobný kusovník

LTC4412
P-kanál MOSFET- FDC610PZ - 2 ks
100k rezistor
Kondenzátor 2200uF
Relimate konektor - 3 ks
DPS

Schéma zapojenia radiča napájacej cesty LTC4412

Obvod má dve prevádzkové podmienky, jednou je strata primárneho napájania a druhou obnova primárneho napájania. Hlavnú prácu vykonáva radič LTC4412. LTC4412 spája výstupné zaťaženie s pomocným napájaním vždy, keď napätie primárneho napájania poklesne o 20 mV menej ako napätie pomocného napájania. V tejto situácii stavový pin zníži prúd a zapne pomocný MOSFET.

V iných pracovných podmienkach, kedykoľvek primárny príkon stúpne o 20 mV nad pomocný zdroj energie, záťaž sa znova pripojí k primárnemu zdroju energie. Stavový pin potom prejde do stavu otvoreného odtoku a vypne MOSFET s kanálom P.

Tieto dve situácie nielenže automaticky menia zdroj energie v závislosti od výpadku primárneho napájania, ale tiež spôsobujú prepnutie, ak primárne napätie výrazne poklesne.

Snímací kolík poskytuje napájanie vnútorných obvodov, ak VIN nedostane žiadne napätie a tiež sníma napätie primárneho napájacieho zdroja.

Väčší výstupný kondenzátor 2200uF 25V zabezpečí dostatočnú filtráciu počas fáz vypínania. V krátkom čase, keď dôjde k prepnutiu, kondenzátor zabezpečí napájanie záťaže.

Dizajn dosky s plošnými spojmi

Na testovanie obvodu potrebujeme PCB, pretože LTC4412 IC je v balení SMD. Na spodnom obrázku je zobrazená horná strana dosky -

Návrh je prevedený ako jednostranná doska. Na PCB sú tiež potrebné 3 drôtové prepojky. Dva ďalšie voliteľné vstupné a výstupné piny sú tiež poskytované pre riadenie a operácie súvisiace so stavom. Jednotka mikrokontroléra môže byť v prípade potreby prepojená s týmito dvoma pinmi, ale v tomto návode to nebudeme robiť.

Na vyššie uvedenom obrázku je zobrazená spodná strana PCB, kde sú zobrazené dva MOSFETy Q1 a Q2. MOSFETy však nevyžadujú ďalšie chladiče, ale v dizajne je vytvorený chladič PCB. Tým sa zníži stratový výkon v MOSFEToch.

Testovanie radiča výkonovej cesty

Dva vyššie uvedené obrázky zobrazujú PCB radiča výkonovej cesty, ktorý bol navrhnutý predtým. DPS je však ručne leptaná verzia a bude slúžiť svojmu účelu. Súčasti sú na DPS správne spájkované.

Na testovanie obvodu je na výstup pripojené nastaviteľné jednosmerné zaťaženie, ktoré odoberá prúd takmer 1 A. Ak nemáte digitálne jednosmerné zaťaženie, môžete si pomocou Arduina vytvoriť aj svoje vlastné nastaviteľné jednosmerné zaťaženie.

Na účely testovania som čelil nedostatku batérie (tu sa jedná o uzamknutie COVID-19), a preto sa používa stolný zdroj napájania, ktorý má dva výstupy. Jeden kanál je nastavený na 9 V a druhý na 12V. 12V kanál je odpojený, aby sa zobrazil výsledok na výstupe, a znovu pripojte kanál, aby ste skontrolovali výkon obvodu.

Môžete si pozrieť video prepojené nižšie, kde nájdete podrobnú ukážku toho, ako obvod funguje. Dúfam, že sa vám projekt páčil a dozvedeli ste sa niečo užitočné. Ak máte nejaké otázky, nechajte ich v sekcii komentárov nižšie alebo použite naše fóra na ďalšie technické otázky.