Sustav kontrolera putanje napajanja koji koristi ltc4412 za prebacivanje između primarnog i pomoćnog napajanja

Mnogo je situacija kada naš dizajn kruga ima dva izvora napajanja, kao što su adapter i baterija, ili to mogu biti i dva druga napajanja iz dvije različite utičnice. Zahtjev aplikacije može biti nešto poput toga da uvijek treba ostati UKLJUČEN tijekom nestanka struje pomoću dostupnog dodatnog izvora napajanja. Na primjer, krug koji se napaja pomoću adaptera mora se prebaciti na bateriju ili pomoćno napajanje bez prekida rada kruga u slučaju nestanka struje.

U ovim gore spomenutim slučajevima, krug kontrolera putova napajanja će biti od pomoći. U osnovi, krug upravljanja putom napajanja prebacit će glavno napajanje pločice, ovisno o dostupnom izvoru energije, upravljajući putem odakle snaga dolazi u krug.

U ovom ćemo projektu izgraditi namjenski sustav kontrolera putanje snage koji će prebaciti ulaznu snagu opterećenja s primarnog napajanja na pomoćno napajanje tijekom primarnog nestanka struje i također opet promijeniti pomoćni izvor napajanja u primarni tijekom faze obnavljanja primarne snage. Ovo je vrlo bitan krug koji treba izgraditi za podršku neprekidnom stanju primjene napajanja tijekom promjene ulazne snage iz primarne u pomoćnu ili pomoćnu u primarnu. Drugim riječima, može raditi poput UPS-a za projekte Arduino i Raspberry Pi, a može se koristiti i za više punjenja baterija iz jednog punjača.

Zahtjevi

Zahtjev sklopa naveden je kao ispod -

1. Struja opterećenja bit će do 3A.
2. Maksimalni napon bit će 12V za adapter (primarno napajanje) i 9V kao baterija (sekundarno napajanje)

LTC4412 Upravljač putova napajanja

Glavni kontroler koji je odabran za sklop je LTC4412 tvrtke Analog Devices (linearne tehnologije). Ovo je sustav kontrolera putanje snage s malim gubicima koji automatski prebacuje između dva istosmjerna izvora i pojednostavljuje operacije podjele opterećenja. Kako ovaj uređaj podržava napon adaptora u rasponu od 3 V do 28 V, a podržava napon baterije u rasponu od 2,5 V do 25 V. Dakle, služi gore navedenom zahtjevu ulaznog napona. Na donjoj je slici prikazan dijagram pinouta LTC4412-

Međutim, ima dva ulazna izvora, jedan je primarni, a drugi pomoćni. Primarni izvor napajanja (u našem slučaju zidni adapter) ima prioritet nad pomoćnim izvorom napajanja (u ovom slučaju baterija). Stoga, kad god je prisutan primarni izvor napajanja, pomoćni izvor napajanja automatski će se odspojiti. Razlika između ova dva ulazna napona je samo 20mV. Dakle, ako primarni izvor napajanja postane 20mV veći od pomoćnog izvora, opterećenje se poveže s primarnim izvorom napajanja.

LTC4412 ima dvije dodatne igle - upravljanje i status. Kontrola pin se može koristiti za digitalno upravljanje ulaz prisiliti MOSFET isključiti, dok je stanje pin je otvoreni odvod izlazni pin koji se može koristiti za sudoper 10uA struje i može se koristiti za kontrolu dodatni MOSFET s atributom vanjski otpornik. To se također može povezati s mikrokontrolerom za dobivanje signala prisutnosti pomoćnog izvora napajanja. LTC4412 također pruža zaštitu baterije od obrnutog polariteta. No budući da radimo s napajanjima, ovdje možete provjeriti i druge dizajne poput zaštite od prenapona, zaštite od prekomjerne struje, zaštite od obrnutog polariteta, zaštite od kratkog spoja, regulatora za zamjenu itd. Koji bi mogli dobro doći

Sljedeća je komponenta uporaba dvaju P-kanalnih MOSFET-ova za upravljanje pomoćnim i primarnim izvorima napajanja. U tu svrhu koristi se FDC610PZ kao P-kanal, MOSFET -30V, -4,9A koji je prikladan za rad 3A prekidača opterećenja. Ima niski RDS _ON otpor od 42 mili-ohma što ga čini pogodnim za ovu primjenu bez dodatnog hladnjaka.

Stoga je detaljna specifikacija

1. LTC4412
2. P-kanalni MOSFET- FDC610PZ - 2 kom
3. Otpornik 100k
4. 2200uF kondenzator
5. Relimate konektor - 3 kom
6. PCB

LTC4412 Dijagram kruga regulatora putanje napajanja

Krug ima dva radna uvjeta, jedan je gubitak primarne snage, a drugi oporavak primarne snage. Glavni posao obavlja kontroler LTC4412. LTC4412 povezuje izlazno opterećenje s pomoćnim napajanjem kad god napon primarne snage padne 20 mV manje od pomoćnog napona. U ovoj situaciji statusni pin prigušuje struju i uključuje pomoćni MOSFET.

U ostalim radnim uvjetima, kad god primarna ulazna snaga pređe 20 mV iznad pomoćnog izvora napajanja, opterećenje se ponovno poveže s primarnim izvorom napajanja. Statusni pin tada prelazi u stanje otvorenog odvoda i isključuje MOSFET P-kanala.

Ove dvije situacije ne samo da automatski mijenjaju izvor napajanja ovisno o prekidu primarnog napajanja, već i prebacuju ako primarni napon značajno padne.

Osjetnički pin osigurava napajanje unutarnjeg kruga ako VIN ne dobije napon, a također osjeti napon primarne jedinice napajanja.

Veći izlazni kondenzator od 2200uF 25V pružit će dovoljnu filtraciju tijekom faza isključivanja. U malom vremenu trajanja prebacivanja, kondenzator će pružiti snagu opterećenju.

Dizajn ploče PCB-a

Da bismo testirali sklop, trebamo PCB jer je LTC4412 IC u SMD paketu. Na donjoj slici prikazana je gornja strana ploče -

Dizajn je izveden kao jednostrana ploča. U PCB-u su također potrebna 3 žičana premosnika. Dva dodatna opcionalna ulazna i izlazna pina također su osigurana za upravljanje i radnje povezane sa statusom. Jedinica mikrokontrolera može se povezati u ta dva pina ako je potrebno, ali to nećemo raditi u ovom vodiču.

Na gornjoj je slici prikazana donja strana PCB-a gdje su prikazana dva MOSFET-a Q1 i Q2. Međutim, MOSFET-ovi ne zahtijevaju dodatne hladnjake, ali u dizajnu je stvoren hladnjak za PCB. To će smanjiti rasipanje snage kroz MOSFET-ove.

Ispitivanje kontrolera putova napajanja

Dvije gornje slike prikazuju PCB prethodno dizajniranog regulatora putanje napajanja. Međutim, PCB je ručno ugravirana verzija i poslužit će svojoj svrsi. Komponente se pravilno leme u PCB.

Za ispitivanje strujnog kruga preko izlaza koji crpi gotovo 1 A struje priključuje se podesivo istosmjerno opterećenje. Ako nemate digitalno istosmjerno opterećenje, također možete izraditi vlastito podesivo istosmjerno opterećenje pomoću Arduina.

Za potrebe testiranja suočio sam se s nedostatkom baterije (ovdje je COVID-19 zaključan), pa se stoga koristi stolno napajanje s dva izlaza. Jedan je kanal postavljen na 9V, a drugi na 12V. Kanal od 12 V je odvojen da bi se vidio rezultat na izlazu i ponovno povezan kanal za provjeru performansi sklopa.

Možete pogledati dolje povezani videozapis za detaljnu demonstraciju rada sklopa. Nadam se da ste uživali u projektu i naučili nešto korisno. Ako imate bilo kakvih pitanja, ostavite ih u odjeljku za komentare u nastavku ili upotrijebite naše forume za druga tehnička pitanja.