Система контроллера силового тракта, использующая ltc4412 для переключения между основным и вспомогательным питанием

Есть много ситуаций, когда наша схемотехника имеет два источника питания, такие как адаптер и аккумулятор, или даже два других источника питания от двух разных розеток. Требование к приложению может быть чем-то вроде того, что оно должно всегда оставаться включенным во время сбоев питания, используя дополнительный источник питания, который доступен. Например, схема, питаемая от адаптера, должна переключаться на аккумулятор или вспомогательный источник питания без прерывания работы схемы в случае сбоя питания.

В этих вышеупомянутых случаях будет полезна схема контроллера силового тракта. По сути, схема управления трактом питания будет переключать основное питание печатной платы в зависимости от доступного источника питания, контролируя путь, от которого мощность поступает в цепь.

В этом проекте мы построим специальную систему управления трактом питания, которая будет переключать входную мощность нагрузки с основного на вспомогательный во время сбоя основного питания, а также снова менять источник питания с вспомогательного на основной во время фазы восстановления основного питания.. Это очень важная схема, которая должна быть построена для поддержки состояния приложения бесперебойного источника питания во время изменения входной мощности с первичной на вспомогательную или вспомогательную на первичную. Другими словами, он может работать как ИБП для проектов Arduino и Raspberry Pi, а также может использоваться для зарядки нескольких аккумуляторов от одного зарядного устройства.

Требования

Требования к схеме указаны ниже:

1. Ток нагрузки будет до 3А.
2. Максимальное напряжение будет составлять 12 В для адаптера (первичное питание) и 9 В в качестве батареи (вторичное питание).

Контроллер тракта питания LTC4412

Основным контроллером, выбранным для схемы, является LTC4412 от Analog Devices (линейные технологии). Это система управления трактом мощности с малыми потерями, которая автоматически переключается между двумя источниками постоянного тока и упрощает операции распределения нагрузки. Поскольку это устройство поддерживает диапазон напряжения адаптера от 3 вольт до 28 вольт и поддерживает диапазон напряжения батареи от 2,5 вольт до 25 вольт. Таким образом, он обслуживает вышеуказанное требование входного напряжения. На изображении ниже показана распиновка LTC4412.

Однако у него есть два источника входного сигнала: один - основной, а другой - вспомогательный. Основной источник питания (в нашем случае настенный адаптер) имеет приоритет перед вспомогательным источником питания (в данном случае аккумулятор). Следовательно, всякий раз, когда присутствует основной источник питания, вспомогательный источник питания автоматически отключается. Разница между этими двумя входными напряжениями составляет всего 20 мВ. Таким образом, если основной источник питания становится на 20 мВ выше, чем вспомогательный источник питания, нагрузка подключается к основному источнику питания.

LTC4412 имеет два дополнительных контакта - Control и status. Контрольный штифт может быть использован для цифрового управления входом, чтобы заставить MOSFET отключить, тогда как контактное состояние представляет собой выходной контакт с открытым стоком, который может быть использован для тонуть 10uA тока и может быть использован для управления дополнительным МОПА - транзистора с внешний резистор. Он также может быть сопряжен с микроконтроллером для получения сигнала присутствия вспомогательного источника питания. LTC4412 также обеспечивает защиту аккумулятора от обратной полярности. Но поскольку мы работаем с источниками питания, здесь вы также можете ознакомиться с другими конструкциями, такими как защита от перенапряжения, защита от сверхтока, защита от обратной полярности, защита от короткого замыкания, контроллер горячей замены и т. Д., Которые могут пригодиться

Другой компонент - использовать два полевых МОП-транзистора с каналом P-типа для управления вспомогательными и первичными источниками питания. Для этой цели FDC610PZ используется как P-канал, -30V, -4.9A MOSFET, который подходит для работы 3A переключения нагрузки. Он имеет низкое сопротивление RDS в _{включенном} состоянии, равное 42 милиОм, что делает его пригодным для этого применения без дополнительного радиатора.

Таким образом, подробная спецификация -

1. LTC4412
2. P-канальный МОП-транзистор FDC610PZ - 2 шт.
3. Резистор 100к
4. Конденсатор 2200 мкФ
5. Разъем релайма - 3 шт.
6. Печатная плата

Схема контроллера силового тракта LTC4412

Схема имеет два рабочих состояния: одно - потеря первичной мощности, а второе - восстановление первичной мощности. Основную работу выполняет контроллер LTC4412. LTC4412 подключает выходную нагрузку к вспомогательному источнику питания всякий раз, когда напряжение первичного питания падает на 20 мВ ниже напряжения вспомогательного питания. В этой ситуации вывод состояния потребляет ток и включает вспомогательный полевой МОП-транзистор.

В других рабочих условиях, когда входная первичная мощность поднимается на 20 мВ выше вспомогательного источника питания, нагрузка снова подключается к первичному источнику питания. После этого статусный вывод переходит в состояние открытого стока и выключает P-канальный MOSFET.

Эти две ситуации не только автоматически меняют источник питания в зависимости от сбоя первичного питания, но также переключаются, если первичное напряжение значительно падает.

Сенсорный вывод обеспечивает питание внутренней схемы, если VIN не получает напряжение, а также определяет напряжение первичного блока питания.

Выходной конденсатор большего размера 2200 мкФ 25 В обеспечит достаточную фильтрацию во время фаз выключения. В тот небольшой промежуток времени, когда произойдет переключение, конденсатор будет обеспечивать питание нагрузки.

Дизайн печатной платы

Для тестирования схемы нам понадобится печатная плата, потому что микросхема LTC4412 находится в SMD-корпусе. На изображении ниже показана верхняя сторона платы -

Дизайн выполнен в виде односторонней доски. На печатной плате также требуются 3-х проводные перемычки. Два дополнительных дополнительных входа и выхода также предусмотрены для операций, связанных с управлением и состоянием. При необходимости к этим двум контактам можно подключить микроконтроллер, но мы не будем этого делать в этом руководстве.

На изображении выше показана нижняя сторона печатной платы, где отображаются два полевых МОП-транзистора Q1 и Q2. Однако полевые МОП-транзисторы не требуют дополнительных радиаторов, но в конструкции радиатор платы создается. Это уменьшит рассеивание мощности на полевых МОП-транзисторах.

Тестирование контроллера тракта питания

На двух изображениях выше показана печатная плата контроллера тракта питания, которая была разработана ранее. Однако печатная плата - это версия с гравировкой вручную, и она будет служить этой цели. Компоненты правильно припаяны к печатной плате.

Чтобы проверить схему, к выходу подключена регулируемая нагрузка постоянного тока, потребляющая ток почти 1 ампер. Если у вас нет цифровой нагрузки постоянного тока, вы также можете создать свою собственную регулируемую нагрузку постоянного тока с помощью Arduino.

В целях тестирования я столкнулся с нехваткой батареи (здесь это блокировка от COVID-19), и, следовательно, используется стендовый источник питания с двумя выходами. Один канал настроен на 9 В, а другой - на 12 В. Канал 12 В отключен, чтобы увидеть результат на выходе, и повторно подключить канал, чтобы проверить работоспособность схемы.

Вы можете посмотреть видео по ссылке ниже, где подробно показано, как работает схема. Надеюсь, вам понравился проект и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или воспользуйтесь нашим форумом, чтобы задать другие технические вопросы.