Σύστημα ελεγκτή διαδρομής ισχύος ltc4412 για εναλλαγή μεταξύ πρωτεύουσας και βοηθητικής ισχύος

Υπάρχουν πολλές καταστάσεις όταν ο σχεδιασμός του κυκλώματός μας έχει δύο πηγές ισχύος, όπως έναν προσαρμογέα και μια μπαταρία ή μπορεί ακόμη και να είναι δύο άλλα τροφοδοτικά από δύο διαφορετικές πρίζες. Η απαίτηση της εφαρμογής μπορεί να είναι κάτι σαν να πρέπει πάντα να παραμένει ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος χρησιμοποιώντας και πρόσθετη πηγή ενέργειας που είναι διαθέσιμη Για παράδειγμα, ένα κύκλωμα που τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας έναν προσαρμογέα πρέπει να αλλάξει σε μια μπαταρία ή μια βοηθητική τροφοδοσία χωρίς να διακόψει τη λειτουργία του κυκλώματος σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.

Σε αυτές τις προαναφερθείσες περιπτώσεις, ένα κύκλωμα ελεγκτή Power Path θα είναι χρήσιμο. Βασικά, ένα κύκλωμα ελέγχου διαδρομής ισχύος θα αλλάξει την κύρια ισχύ της πλακέτας κυκλώματος ανάλογα με την διαθέσιμη πηγή ισχύος ελέγχοντας τη διαδρομή από την οποία εισέρχεται η ισχύς στο κύκλωμα.

Σε αυτό το έργο, θα οικοδομήσουμε ένα ειδικό σύστημα ελεγκτή διαδρομής ισχύος που θα αλλάξει την είσοδο ισχύος του φορτίου από την πρωτεύουσα ισχύ στη βοηθητική ισχύ κατά τη διακοπή της πρωτογενούς ισχύος και επίσης να αλλάξει και πάλι τη βοηθητική πηγή ισχύος σε πρωτογενή κατά τη φάση επαναφοράς της πρωτεύουσας ισχύος. Αυτό είναι ένα πολύ απαραίτητο κύκλωμα που πρέπει να κατασκευαστεί για να υποστηρίζει την κατάσταση της διακοπής τροφοδοσίας κατά τη διάρκεια της ισχύος εισόδου αλλάζει από πρωτεύουσα σε βοηθητική ή βοηθητική σε πρωτεύουσα. Με άλλα λόγια, μπορεί να λειτουργήσει όπως το UPS για Arduino και Raspberry Pi Projects και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για πολλαπλές μπαταρίες που φορτίζονται από έναν μόνο φορτιστή.

Απαιτήσεις

Η απαίτηση του κυκλώματος καθορίζεται όπως παρακάτω-

1. Το ρεύμα φόρτωσης θα είναι έως 3Α.
2. Η μέγιστη τάση θα είναι 12V για έναν προσαρμογέα (πρωτεύουσα ισχύς) και 9V ως μπαταρία (δευτερεύουσα ισχύς)

Ελεγκτής διαδρομής ισχύος LTC4412

Ο κύριος ελεγκτής που επιλέγεται για το κύκλωμα είναι ο LTC4412 από Analog Devices (γραμμικές τεχνολογίες). Αυτό είναι ένα σύστημα ελεγκτή διαδρομής χαμηλής απώλειας που εναλλάσσεται αυτόματα μεταξύ δύο πηγών DC και απλοποιεί τις λειτουργίες κατανομής φορτίου. Καθώς αυτή η συσκευή υποστηρίζει τάση προσαρμογέα κυμαίνεται από 3 βολτ έως 28 βολτ και υποστηρίζει τάση μπαταρίας κυμαίνεται από 2,5 βολτ έως 25 βολτ. Έτσι, εξυπηρετεί την παραπάνω απαίτηση της τάσης εισόδου. Στην παρακάτω εικόνα, εμφανίζεται το διάγραμμα pinout του LTC4412-

Ωστόσο, έχει δύο πηγές εισόδου, η μία είναι η κύρια και η άλλη είναι η βοηθητική. Η κύρια πηγή τροφοδοσίας (προσαρμογέας τοίχου στην περίπτωσή μας) έχει προτεραιότητα έναντι της βοηθητικής πηγής ισχύος (μπαταρία σε αυτήν την περίπτωση). Επομένως, όποτε υπάρχει η κύρια πηγή ισχύος, η βοηθητική πηγή ισχύος αποσυνδέεται αυτόματα. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τάσεων εισόδου είναι μόνο 20mV. Έτσι, εάν η κύρια πηγή ισχύος φτάσει 20mV υψηλότερη από τη βοηθητική πηγή ισχύος, το φορτίο συνδέεται με την κύρια πηγή ισχύος.

Το LTC4412 έχει δύο επιπλέον ακίδες - Έλεγχος και κατάσταση. Ο πείρος ελέγχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ψηφιακό έλεγχο της εισόδου για να αναγκάσει το MOSFET να απενεργοποιηθεί, ενώ ο πείρος κατάστασης είναι ένας πείρος εξόδου ανοιχτού αγωγού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βυθίσει 10uA ρεύματος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο ενός επιπλέον MOSFET με εξωτερική αντίσταση. Αυτό μπορεί επίσης να διασυνδεθεί με έναν μικροελεγκτή για τη λήψη του σήματος παρουσίας της βοηθητικής πηγής ισχύος. Το LTC4412 παρέχει επίσης προστασία αντίστροφης πολικότητας για την μπαταρία. Επειδή όμως συνεργαζόμαστε με τροφοδοτικά, εδώ μπορείτε επίσης να δείτε άλλα σχέδια, όπως Προστασία υπερβολικής τάσης, Προστασία υπερέντασης, Προστασία αντίστροφης πολικότητας, Προστασία βραχυκυκλώματος, ελεγκτής εναλλαγής θερμών κλπ. Που μπορεί να είναι βολικά

Ένα άλλο στοιχείο είναι η χρήση δύο M-FF καναλιών P για τον έλεγχο των βοηθητικών και πρωτογενών πηγών ισχύος. Για το σκοπό αυτό, το FDC610PZ χρησιμοποιείται ως κανάλι P, -30V, -4.9A MOSFET που είναι κατάλληλο για τη λειτουργία 3A της εναλλαγής φορτίου. Έχει χαμηλή αντίσταση RDS _ON 42 mili-ohms που το καθιστά κατάλληλο για αυτήν την εφαρμογή χωρίς επιπλέον ψύκτρα.

Επομένως, η λεπτομερής BOM είναι-

1. LTC4412
2. P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 τεμ
3. 100k αντίσταση
4. Πυκνωτής 2200uF
5. Σχετικός σύνδεσμος - 3 τεμ
6. PCB

Διάγραμμα κυκλώματος ελεγκτή διαδρομής ισχύος LTC4412

Το κύκλωμα έχει δύο συνθήκες λειτουργίας, μία είναι η απώλεια πρωτογενούς ισχύος και η άλλη είναι η ανάκτηση πρωτογενούς ισχύος. Η κύρια εργασία γίνεται από τον ελεγκτή LTC4412. Το LTC4412 συνδέει το φορτίο εξόδου με τη βοηθητική ισχύ κάθε φορά που η κύρια τάση ισχύος πέφτει 20 mV μικρότερη από την τάση βοηθητικής ισχύος. Σε αυτήν την περίπτωση, ο πείρος κατάστασης βυθίζει το ρεύμα και ενεργοποιεί το βοηθητικό MOSFET.

Σε άλλες συνθήκες εργασίας, όποτε η πρωτεύουσα είσοδος ισχύος υπερβαίνει τα 20 mV πάνω από τη βοηθητική πηγή ισχύος, το φορτίο συνδέεται ξανά με την κύρια πηγή ισχύος. Στη συνέχεια, ο πείρος κατάστασης πηγαίνει στην κατάσταση ανοιχτού αποστράγγισης και θα απενεργοποιήσει το P-Channel MOSFET.

Αυτές οι δύο καταστάσεις όχι μόνο αλλάζουν αυτόματα την πηγή ισχύος ανάλογα με την πρωταρχική διακοπή ρεύματος, αλλά επίσης αλλάζει εάν η κύρια τάση πέσει σημαντικά.

Ο αισθητήρας παρέχει ισχύ στο εσωτερικό κύκλωμα εάν το VIN δεν έχει καμία τάση και ανιχνεύει επίσης την τάση της κύριας μονάδας τροφοδοσίας.

Ο μεγαλύτερος πυκνωτής εξόδου 2200uF 25V θα παρέχει επαρκή διήθηση κατά τις φάσεις απενεργοποίησης. Στο μικρό χρονικό διάστημα κατά το οποίο θα πραγματοποιηθεί η αλλαγή, ο πυκνωτής θα παρέχει ισχύ στο φορτίο.

Σχεδιασμός πλακέτας PCB

Για να ελέγξουμε το κύκλωμα, χρειαζόμαστε ένα PCB επειδή το LTC4412 IC βρίσκεται στο πακέτο SMD. Στην παρακάτω εικόνα, εμφανίζεται η πάνω πλευρά του πίνακα-

Ο σχεδιασμός γίνεται σαν μονόπλευρη σανίδα. Απαιτούνται επίσης 3 καλώδια άλματος στο PCB. Δύο πρόσθετες προαιρετικές είσοδοι και καρφίτσες εξόδου παρέχονται επίσης για τις λειτουργίες ελέγχου και κατάστασης. Μια μονάδα μικροελεγκτή μπορεί να διασυνδεθεί σε αυτές τις δύο ακίδες αν απαιτείται, αλλά δεν θα το κάνουμε σε αυτό το σεμινάριο.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται η κάτω πλευρά του PCB όπου εμφανίζονται δύο MOSFET Q1 και Q2. Ωστόσο, τα MOSFET δεν απαιτούν πρόσθετες ψύκτρες, αλλά στο σχεδιασμό δημιουργείται η ψύκτρα PCB. Αυτά θα μειώσουν την απορρόφηση ισχύος μεταξύ των MOSFET.

Δοκιμή ελεγκτή διαδρομής ισχύος

Οι δύο παραπάνω εικόνες δείχνουν το PCB του ελεγκτή διαδρομής ισχύος που είχε σχεδιαστεί προηγουμένως. Ωστόσο, το PCB είναι μια χειροποίητη έκδοση και θα εξυπηρετήσει το σκοπό. Τα εξαρτήματα συγκολλούνται σωστά στο PCB.

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, ένα ρυθμιζόμενο φορτίο DC συνδέεται στην έξοδο που αντλεί σχεδόν 1 Amp του ρεύματος. Εάν δεν έχετε φορτίο ψηφιακού DC, μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε το δικό σας ρυθμιζόμενο φορτίο DC χρησιμοποιώντας το Arduino.

Για σκοπούς δοκιμών, αντιμετώπισα έλλειψη μπαταρίας (είναι το κλείδωμα COVID-19 εδώ) και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται ένα τροφοδοτικό πάγκου που έχει δύο εξόδους. Το ένα κανάλι έχει ρυθμιστεί σε 9V και το άλλο σε 12V. Το κανάλι 12V αποσυνδέεται για να δει το αποτέλεσμα στην έξοδο και επανασυνδέθηκε το κανάλι για να ελέγξει την απόδοση του κυκλώματος.

Μπορείτε να δείτε το βίντεο που συνδέεται παρακάτω για τη λεπτομερή επίδειξη του τρόπου λειτουργίας του κυκλώματος. Ελπίζω να απολαύσατε το έργο και να μάθετε κάτι χρήσιμο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε τις στην παρακάτω ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ μας για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.