Система контролера тракту живлення за допомогою ltc4412 для перемикання між основним та допоміжним живленням

Є багато ситуацій, коли в нашій схемі є два джерела живлення, такі як адаптер та акумулятор, або це можуть бути навіть два інших джерела живлення з двох різних торгових точок. Вимога програми може бути приблизно такою, як вона завжди повинна залишатися УВІМКНЕНОЮ під час відключення живлення за допомогою додаткового джерела живлення, яке доступне. Наприклад, ланцюг, що живиться за допомогою адаптера, повинен переключитися на акумулятор або допоміжне джерело живлення, не перериваючи роботу схеми у випадку відключення електроживлення.

У цих вищезазначених випадках буде корисною схема контролера тракту живлення. В основному схема управління трактом живлення буде перемикати основну потужність друкованої плати в залежності від доступного джерела живлення, керуючи трактом, звідки потужність надходить у ланцюг.

У цьому проекті ми побудуємо спеціальну систему регулятора тракту живлення, яка буде перемикати вхідну потужність навантаження з первинної потужності на допоміжну потужність під час відключення первинного живлення, а також знову змінити допоміжне джерело живлення на первинне під час фази відновлення первинної потужності. Це дуже важлива схема, яка повинна бути побудована для підтримки стану безперебійного живлення під час зміни вхідної потужності з первинної на допоміжну або допоміжну на первинну. Іншими словами, він може працювати як ДБЖ для проектів Arduino та Raspberry Pi, а також може використовуватися для заряджання кількох акумуляторів від одного зарядного пристрою.

Вимоги

Вимога схеми вказана нижче -

1. Струм навантаження буде до 3А.
2. Максимальна напруга буде 12 В для адаптера (основне живлення) і 9 В як акумулятор (вторинне живлення)

LTC4412 Контролер тракту живлення

Основним контролером, який обраний для схеми, є LTC4412 від Analog Devices (лінійні технології). Це система контролера тракту живлення з низькими втратами, яка автоматично перемикається між двома джерелами постійного струму та спрощує операції розподілу навантаження. Оскільки цей пристрій підтримує напругу адаптера в діапазоні від 3 до 28 Вольт, а також підтримує напругу акумулятора від 2,5 до 25 Вольт. Таким чином, він обслуговує зазначену вище вимогу щодо вхідної напруги. На зображенні нижче показано схему розпису LTC4412 -

Однак він має два джерела вхідного сигналу, одне є основним, а друге - допоміжним. Первинне джерело живлення (у нашому випадку настінний адаптер) має пріоритет над допоміжним джерелом живлення (у цьому випадку акумулятор). Тому, коли є первинне джерело живлення, допоміжне джерело живлення автоматично відключається. Різниця між цими двома вхідними напругами становить лише 20 мВ. Таким чином, якщо первинне джерело живлення стає на 20 мВ вище, ніж допоміжне джерело живлення, навантаження підключається до первинного джерела живлення.

LTC4412 має два додаткові штифти - управління та статус. Контрольний штифт може бути використаний для цифрового управління входом, щоб змусити MOSFET відключити, тоді як контактна стан являє собою вихідний контакт з відкритим стоком, який може бути використаний для тонути 10uA струму і може бути використаний для управління додатковим Мопа - транзистора з зовнішній резистор. Це також може бути пов'язано з мікроконтролером для отримання сигналу присутності допоміжного джерела живлення. LTC4412 також забезпечує захист акумулятора від зворотної полярності. Але оскільки ми працюємо з джерелами живлення, тут ви також можете перевірити інші конструкції, такі як захист від перенапруги, захист від струму, захист від зворотної полярності, захист від короткого замикання, контролер гарячої заміни тощо, які можуть стати в нагоді.

Іншим компонентом є використання двох P-канальних MOSFET-транзисторів для управління допоміжними та первинними джерелами живлення. Для цього FDC610PZ використовується як P-канал, MOSFET -30 В, -4,9 А, який підходить для роботи 3А перемикання навантаження. Він має низький RDS _ON опір 42 міліом, що робить його придатним для цього застосування без додаткового радіатора.

Отже, детальна специфікація -

1. LTC4412
2. P-канальний MOSFET- FDC610PZ - 2 шт
3. 100k резистор
4. Конденсатор 2200 мкФ
5. Роз’ємний роз’єм - 3 шт
6. Друкованої плати

LTC4412 Схема електричного контролера шляху

Схема має дві умови роботи, одна - втрата первинної потужності, а інша - відновлення первинної потужності. Основну роботу виконує контролер LTC4412. LTC4412 з'єднує вихідне навантаження із допоміжним живленням, коли напруга первинної потужності падає на 20 мВ менше напруги допоміжного живлення. У цій ситуації вивід стану опускає струм і вмикає допоміжний MOSFET.

В інших робочих умовах, коли первинна вхідна потужність переходить на 20 мВ вище допоміжного джерела живлення, навантаження знову підключається до первинного джерела живлення. Потім вивід стану переходить у стан відкритого стоку і вимикає P-Channel MOSFET.

Ці дві ситуації не тільки автоматично змінюють джерело живлення залежно від первинного відключення електроенергії, але також здійснюють перемикання, якщо первинна напруга значно падає.

Сенсорний штифт забезпечує живлення внутрішньої схеми, якщо VIN не отримує напруги, а також визначає напругу основного блоку живлення.

Більший вихідний конденсатор 2200 мкФ 25 В забезпечить достатню фільтрацію під час фаз вимкнення. У невеликий час, коли відбудеться перемикання, конденсатор буде подавати живлення на навантаження.

Дизайн дошки друкованої плати

Для тестування схеми нам потрібна друкована плата, оскільки мікросхема LTC4412 знаходиться в упаковці SMD. На зображенні нижче зображена верхня сторона дошки -

Дизайн виконаний як одностороння дошка. У друкованій платі також є 3 дротові перемички. Два додаткові додаткові входи та вихідні штифти також передбачені для операцій управління та статусу. Блок мікроконтролера може бути з'єднаний у ці два висновки, якщо це потрібно, але ми не будемо робити це в цьому посібнику.

На зображенні вище показано нижню сторону друкованої плати, де відображаються два МОП-транзистори Q1 і Q2. Однак МОП-транзистори не вимагають додаткових тепловідводів, але в конструкції створений радіатор друкованої плати. Це зменшить розсіювання потужності на MOSFET.

Тестування контролера тракту живлення

На двох зображеннях вище показано друковану плату контролера тракту живлення, який був розроблений раніше. Однак друкована плата - це версія, вироблена вручну, і вона буде служити цілі. Компоненти належним чином припаяні до друкованої плати.

Для перевірки ланцюга на виході, який витягує майже 1 ампер струму, підключається регульоване навантаження постійного струму. Якщо у вас немає цифрового навантаження постійного струму, ви також можете створити власне регульоване навантаження постійного струму за допомогою Arduino.

Для тестування я зіткнувся з нестачею акумулятора (тут він заблокований COVID-19), отже, використовується джерело живлення, яке має два виходи. Для одного каналу встановлено значення 9В, а для іншого - 12В. Канал 12 В відключений, щоб побачити результат на виході, і знову підключений канал, щоб перевірити роботу схеми.

Ви можете переглянути відео, наведене нижче, для детальної демонстрації роботи схеми. Сподіваюся, вам сподобався проект і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче або використовуйте наші форуми для інших технічних питань.