Система за контрол на трасето на захранване, използваща ltc4412 за превключване между първично и спомагателно захранване

Има много ситуации, когато дизайнът на нашата схема има два източника на захранване като адаптер и батерия или дори може да бъде два други захранвания от два различни контакта. Изискването на приложението може да бъде подобно на това, че винаги трябва да остане ВКЛЮЧЕН по време на прекъсвания на захранването чрез използване на допълнителен източник на захранване, който е на разположение. Например, верига, която се захранва с помощта на адаптер, трябва да премине към батерия или спомагателно захранване, без да прекъсва работата на веригата в случай на прекъсване на електрозахранването.

В тези гореспоменати случаи ще бъде полезна схема на контролера на Power Path. По принцип верига за управление на силовата пътека ще превключва основната мощност на платката в зависимост от наличния източник на енергия, като контролира пътя от мястото, където мощността идва във веригата.

В този проект ще изградим специална система за контрол на траекторията на захранването, която ще превключи входящата мощност на товара от първично захранване към спомагателно захранване по време на отпадане на първичното захранване и също така отново ще сменим спомагателния източник на захранване на първичен по време на фазата на възстановяване на първичната мощност. Това е много важна схема, която трябва да бъде изградена, за да поддържа състоянието на приложението на непрекъснатото захранване по време на промяна на входната мощност от първична към спомагателна или спомагателна към основна. С други думи, той може да работи като UPS за проекти Arduino и Raspberry Pi и може да се използва за зареждане на множество батерии от едно зарядно устройство.

Изисквания

Изискването на веригата е посочено по-долу -

1. Токът на натоварване ще бъде до 3А.
2. Максималното напрежение ще бъде 12V за адаптер (първично захранване) и 9V като батерия (вторично захранване)

LTC4412 Контролер на силовата пътека

Основният контролер, който е избран за веригата, е LTC4412 от Analog Devices (линейни технологии). Това е система за контрол на траекторията на мощност с ниски загуби, която автоматично превключва между два източника на постоянен ток и опростява операциите за споделяне на товара. Тъй като това устройство поддържа напрежение на адаптера в диапазона от 3 волта до 28 волта и поддържа напрежение на батерията в диапазона от 2,5 до 25 волта. По този начин той обслужва горното изискване за входното напрежение. На изображението по-долу е показана диаграмата на пиновете на LTC4412 -

Той обаче има два входни източника, единият е основният, а другият е спомагателен. Основният източник на захранване (в нашия случай адаптер за стена) има приоритет пред допълнителния източник на захранване (в този случай батерията). Следователно, когато има първичен източник на захранване, допълнителният източник на захранване автоматично ще бъде изключен. Разликата между тези две входни напрежения е само 20mV. По този начин, ако първичният източник на захранване стане с 20 mV по-висок от спомагателния източник, натоварването се свързва с първичния източник на енергия.

LTC4412 има два допълнителни щифта - Control и status. В щифт контрол може да се използва за цифрово регулиране количеството да принуди MOSFET, за да изключите, докато щифта статус е отворен за източване изходен пин на който може да се използва, за да потъне 10uA на ток и може да се използва за контрол на допълнителен MOSFET с външен резистор. Това също може да бъде свързано с микроконтролер за получаване на сигнал за присъствие на спомагателния източник на енергия. LTC4412 също така осигурява защита на обратната полярност за батерията. Но тъй като работим с захранвания, тук можете да разгледате и други дизайни като защита от пренапрежение, защита от пренапрежение, защита от обратна полярност, защита от късо съединение, контролер за гореща смяна и др., Които могат да ви бъдат полезни

Друг компонент е да се използват два P-Channel MOSFET за управление на спомагателните и първичните източници на енергия. За тази цел FDC610PZ се използва като P канал, -30V, -4.9A MOSFET, който е подходящ за работа на 3A превключване на товара. Той има ниско RDS _ON съпротивление от 42 мили-ома, което го прави подходящ за това приложение без допълнителен радиатор.

Следователно подробната спецификация е-

1. LTC4412
2. P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 бр
3. 100k резистор
4. 2200uF кондензатор
5. Relimate конектор - 3 бр
6. ПХБ

LTC4412 Електрическа схема на контролера на силовия път

Веригата има две работни условия, едното е загубата на първична мощност, а другото е възстановяването на първичната мощност. Основната работа се извършва от контролера LTC4412. LTC4412 свързва изходното натоварване със спомагателната мощност, когато напрежението на първичната мощност падне с 20 mV по-малко от напрежението на спомагателната мощност. В тази ситуация щифтът за състояние поглъща тока и включва спомагателния MOSFET.

При други условия на работа, когато входящата първична мощност надвиши 20 mV над спомагателния източник на енергия, натоварването отново се свързва с първичния източник на енергия. След това щифтът за състояние преминава в състояние на отворено източване и ще изключи P-Channel MOSFET.

Тези две ситуации не само автоматично променят източника на захранване в зависимост от прекъсването на първичното захранване, но също така превключват, ако основното напрежение спадне значително.

Сензорният щифт осигурява захранване на вътрешната схема, ако VIN не получава никакво напрежение и също така усеща напрежението на първичния захранващ блок.

По-големият изходен кондензатор от 2200uF 25V ще осигури достатъчна филтрация по време на фазите на изключване. В малкото времетраене, когато ще се извърши превключването, кондензаторът ще осигури захранване на товара.

Дизайн на печатни платки

За да тестваме веригата, се нуждаем от печатни платки, тъй като LTC4412 IC е в SMD пакета. На изображението по-долу е показана горната страна на дъската -

Дизайнът е направен като едностранна дъска. Има 3 жични джъмпера, които също се изискват в печатната платка. Осигурени са и два допълнителни незадължителни входа и изхода за операции за управление и свързани със състоянието. Микроконтролерът може да бъде свързан в тези два щифта, ако е необходимо, но няма да правим това в този урок.

На горното изображение е показана долната страна на печатната платка, където са показани два MOSFET-а на Q1 и Q2. Въпреки това MOSFET не изискват допълнителни радиатори, но в дизайна е създаден радиаторът на печатни платки. Това ще намали разсейването на мощността през MOSFET-овете.

Тестване на контролера на силовия път

Двете изображения по-горе показват печатната платка на контролера на силовия път, който е проектиран преди това. ПХБ обаче е ръчно гравирана версия и ще служи на целта. Компонентите са запоени правилно в печатната платка.

За да се тества веригата, към изхода е свързан регулируем DC натоварване, който изтегля почти 1 Amp ток. Ако нямате цифрово DC натоварване, можете също да създадете свой собствен регулируем DC товар, използвайки Arduino.

За целите на тестването се сблъсках с недостиг на батерията (тук е COVID-19 заключване) и следователно се използва захранващо устройство, което има два изхода. Единият канал е настроен на 9V, а другият е настроен на 12V. Каналът 12V е прекъснат, за да се види резултатът на изхода и е свързан отново, за да се провери работата на веригата.

Можете да разгледате видеото, свързано по-долу, за подробна демонстрация на това как работи веригата. Надявам се, че проектът ви е харесал и сте научили нещо полезно. Ако имате някакви въпроси, оставете ги в раздела за коментари по-долу или използвайте форумите ни за други технически въпроси.