- Požadavky
- LTC4412 Power Path Controller
- Obvodové schéma řadiče výkonu LTC4412
- Design desky plošných spojů
- Testování ovladače Power Path
Existuje mnoho situací, kdy má náš návrh obvodu dva zdroje energie, jako je adaptér a baterii, nebo to mohou být dokonce dva další zdroje napájení ze dvou různých zásuvek. Požadavek aplikace může být něco takového, jako by mělo vždy zůstat ZAPNUTO během výpadku napájení pomocí a dalšího dostupného zdroje energie. Například obvod, který je napájen pomocí adaptéru, musí přepnout na baterii nebo pomocné napájení, aniž by přerušil činnost obvodu v případě výpadku proudu.
V těchto výše uvedených případech bude užitečný obvod řadiče Power Path. Řídicí obvod napájecí cesty v zásadě přepne hlavní výkon desky s plošnými spoji v závislosti na dostupném zdroji energie ovládáním cesty, odkud energie přichází do obvodu.
V tomto projektu postavíme vyhrazený systém řadiče napájecí cesty, který během výpadku primárního napájení přepne příkon zátěže z primárního na pomocný výkon a během fáze obnovy primárního napájení také znovu změní pomocný zdroj energie na primární. Toto je velmi důležitý obvod, který je třeba vybudovat, aby podporoval nepřerušovaný stav aplikace napájecího zdroje během změny vstupního výkonu z primárního na pomocný nebo pomocný na primární. Jinými slovy, může fungovat jako UPS pro projekty Arduino a Raspberry Pi a lze jej také použít k nabíjení více baterií z jedné nabíječky.
Požadavky
Požadavek obvodu je specifikován níže -
- Zatěžovací proud bude až 3A.
- Maximální napětí bude 12 V pro adaptér (primární napájení) a 9 V jako baterie (sekundární napájení)
LTC4412 Power Path Controller
Hlavním regulátorem, který je vybrán pro obvod, je LTC4412 od Analog Devices (lineární technologie). Jedná se o systém s nízkou ztrátou výkonové cesty, který automaticky přepíná mezi dvěma zdroji stejnosměrného proudu a zjednodušuje operace sdílení zátěže. Protože toto zařízení podporuje rozsah napětí adaptéru od 3 voltů do 28 voltů a podporuje rozsahy napětí baterie od 2,5 voltu do 25 voltů. Slouží tedy výše uvedenému požadavku na vstupní napětí. Na následujícím obrázku je znázorněn pinoutový diagram LTC4412 -
Má však dva vstupní zdroje, jeden je primární a druhý je pomocný. Primární zdroj energie (v našem případě nástěnný adaptér) má přednost před pomocným zdrojem energie (v tomto případě baterie). Proto, kdykoli je přítomen primární zdroj energie, pomocný zdroj energie se automaticky odpojí. Rozdíl mezi těmito dvěma vstupními napětími je pouze 20 mV. Pokud se tedy primární zdroj energie zvýší o 20 mV než pomocný zdroj energie, zátěž se připojí k primárnímu zdroji energie.
LTC4412 má dva další piny - ovládání a stav. Kontrolní kolík může být použit k digitální ovládání vstup vynutit MOSFET vypnout, zatímco stav kolík je otevřený vypouštěcí výstupní pin, který může být použit pro umyvadlo 10uA proudu a může být použit pro řízení dodatečného MOSFET s externí odpor. To lze také propojit s mikrokontrolérem pro získání signálu přítomnosti pomocného zdroje energie. LTC4412 také poskytuje ochranu baterie proti přepólování. Ale protože pracujeme s napájecími zdroji, zde si můžete také prohlédnout další návrhy, jako je ochrana proti přepětí, ochrana proti proudu, ochrana proti přepólování, ochrana proti zkratu, ovladač Hot Swap atd., Které by se mohly hodit
Další součástí je použití dvou P-kanálů MOSFET pro ovládání pomocných a primárních zdrojů energie. Pro tento účel se FDC610PZ používá jako P kanál, -30V, -4,9A MOSFET, který je vhodný pro provoz 3A spínání zátěže. Má nízký RDS ON odpor 42 mili-ohmů, díky čemuž je vhodný pro tuto aplikaci bez dalšího chladiče.
Proto je podrobný kusovník
- LTC4412
- P-kanál MOSFET - FDC610PZ - 2 ks
- 100k rezistor
- Kondenzátor 2200uF
- Relimate konektor - 3 ks
- PCB
Obvodové schéma řadiče výkonu LTC4412
Obvod má dvě provozní podmínky, jednou je ztráta primárního výkonu a druhým obnova primárního výkonu. Hlavní úlohu provádí řadič LTC4412. LTC4412 spojuje výstupní zátěž s pomocným napájením, kdykoli napětí primárního napájení poklesne o 20 mV méně než napětí pomocného napájení. V této situaci stavový kolík potlačí proud a zapne pomocný MOSFET.
V jiných pracovních podmínkách, kdykoli primární příkon překročí 20 mV nad pomocným zdrojem energie, zátěž se opět připojí k primárnímu zdroji energie. Stavový kolík poté přejde do stavu otevřeného odtoku a vypne MOSFET kanálu P.
Tyto dvě situace nejen automaticky mění zdroj energie v závislosti na výpadku primárního napájení, ale také přepínají, pokud primární napětí výrazně poklesne.
Snímací kolík dodává energii do vnitřních obvodů, pokud VIN nedostává žádné napětí a také snímá napětí primární napájecí jednotky.
Větší výstupní kondenzátor 2200uF 25V zajistí dostatečnou filtraci během fází vypnutí. V malé době, kdy dojde k přepnutí, poskytne kondenzátor energii zátěži.
Design desky plošných spojů
K otestování obvodu potřebujeme desku plošných spojů, protože LTC4412 IC je v balíčku SMD. Na následujícím obrázku je zobrazena horní strana desky -
Návrh je proveden jako jednostranná deska. V desce plošných spojů jsou rovněž vyžadovány 3 drátové propojky. K dispozici jsou také dva další volitelné vstupy a výstupy pro ovládací a stavové operace. Jednotka mikrokontroléru může být v případě potřeby propojena do těchto dvou pinů, ale v tomto tutoriálu to nebudeme dělat.
Na obrázku výše je zobrazena spodní strana desky plošných spojů, kde jsou zobrazeny dva MOSFETy Q1 a Q2. MOSFETy však nevyžadují další chladiče, ale v designu je vytvořen chladič PCB. Ty sníží rozptyl energie napříč MOSFETy.
Testování ovladače Power Path
Dva výše uvedené obrázky zobrazují desku plošných spojů řadiče napájecí cesty, který byl navržen dříve. PCB je však ručně leptaná verze a bude sloužit svému účelu. Komponenty jsou na desce plošných spojů správně připájeny.
Pro testování obvodu je na výstup připojeno nastavitelné stejnosměrné zatížení, které odebírá téměř 1 A proudu. Pokud nemáte digitální DC zátěž, můžete si také pomocí Arduina vytvořit vlastní nastavitelnou DC zátěž.
Pro účely testování jsem čelil nedostatku baterie (zde je uzamčení COVID-19), a proto se používá stolní napájecí zdroj, který má dva výstupy. Jeden kanál je nastaven na 9 V a druhý na 12V. 12V kanál je odpojen, aby se zobrazil výsledek na výstupu, a znovu připojí kanál, aby zkontroloval výkon obvodu.
Můžete si prohlédnout video propojené níže, kde najdete podrobnou ukázku fungování obvodu. Doufám, že se vám projekt líbil a naučili jste se něco užitečného. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je v sekci komentářů níže nebo použijte naše fóra pro další technické dotazy.