Power Path Controller-systeem dat ltc4412 gebruikt om te schakelen tussen primaire en hulpvoeding

Er zijn veel situaties waarin ons circuitontwerp twee stroombronnen heeft, zoals een adapter en een batterij, of het kunnen zelfs twee andere voedingen zijn van twee verschillende stopcontacten. De vereiste van de toepassing kan zoiets zijn als dat deze altijd AAN moet blijven tijdens stroomstoringen door een extra stroombron te gebruiken die beschikbaar is. Een circuit dat wordt gevoed met een adapter, moet bijvoorbeeld overschakelen naar een batterij of een hulpvoeding zonder de werking van het circuit te onderbreken in het geval van een stroomstoring.

In deze bovengenoemde gevallen zal een Power Path Controller Circuit nuttig zijn. Kortom, een vermogenspadbesturingscircuit schakelt de hoofdvoeding van de printplaat, afhankelijk van de beschikbare voedingsbron, door het pad te regelen van waaruit de stroom in het circuit komt.

In dit project zullen we een speciaal stroompadcontrollersysteem bouwen dat de stroominvoer van de belasting van de primaire stroom naar de hulpstroom schakelt tijdens de primaire stroomstoring en ook opnieuw de stroombron naar de primaire stroombron verandert tijdens de fase van het herstelde primaire vermogen.. Dit is een zeer essentieel circuit dat moet worden gebouwd om de ononderbroken voedingstoepassingstoestand te ondersteunen wanneer het ingangsvermogen verandert van primair naar hulp- of hulpstroom naar primair. Met andere woorden, het kan werken als UPS voor Arduino en Raspberry Pi- projecten en het kan ook worden gebruikt voor het opladen van meerdere batterijen vanaf één oplader.

Vereisten

Het vereiste van het circuit wordt gespecificeerd zoals hieronder

1. De laadstroom is maximaal 3A.
2. De maximale spanning is 12V voor een adapter (primaire voeding) en 9V als batterij (secundaire voeding)

LTC4412 Power Path-controller

De belangrijkste controller die is geselecteerd voor het circuit is de LTC4412 van Analog Devices (lineaire technologieën). Dit is een vermogenspadcontrollersysteem met laag verlies dat automatisch schakelt tussen twee DC-bronnen en het delen van de belasting vereenvoudigt. Omdat dit apparaat adapterspanningsbereiken van 3 volt tot 28 volt ondersteunt en accuspanningsbereiken van 2,5 volt tot 25 volt ondersteunt. Het voldoet dus aan de bovenstaande eis van de ingangsspanning. In de onderstaande afbeelding wordt het pinout-diagram van LTC4412 getoond-

Het heeft echter twee invoerbronnen: de ene is de primaire en de andere is de hulpbron. De primaire stroombron (in ons geval muuradapter) heeft voorrang op de hulpstroombron (in dit geval batterij). Daarom wordt de hulpstroombron automatisch losgekoppeld wanneer de primaire stroombron aanwezig is. Het verschil tussen deze twee ingangsspanningen is slechts 20mV. Dus als de primaire stroombron 20mV hoger wordt dan de hulpstroombron, wordt de belasting verbonden met de primaire stroombron.

De LTC4412 heeft twee extra pinnen: bediening en status. De controlepen kan worden gebruikt om de input digitaal te besturen om de MOSFET te dwingen uit te schakelen, terwijl de statuspin een open-drain outputpin is die kan worden gebruikt om 10uA stroom te laten zinken en kan worden gebruikt om een ​​extra MOSFET te besturen met een externe weerstand. Dit kan ook worden gekoppeld aan een microcontroller om het aanwezigheidssignaal van de hulpstroombron te krijgen. LTC4412 biedt ook bescherming tegen omgekeerde polariteit voor de batterij. Maar aangezien we met voedingen werken, kunt u hier ook andere ontwerpen bekijken, zoals overspanningsbeveiliging, overstroombeveiliging, beveiliging tegen omgekeerde polariteit, kortsluitbeveiliging, hot swap-controller, enz. Die van pas kunnen komen

Een ander onderdeel is het gebruik van twee P-Channel MOSFET's voor het besturen van de hulp- en primaire stroombronnen. Voor dit doel wordt de FDC610PZ gebruikt als een P-kanaal, -30V, -4,9A MOSFET die geschikt is voor de werking van 3A van belastingschakeling. Hij heeft een lage RDS _ON- weerstand van 42 mili-ohm waardoor hij zonder extra koellichaam geschikt is voor deze toepassing.

Daarom is de gedetailleerde stuklijst

1. LTC4412
2. P-kanaal MOSFET- FDC610PZ - 2 st
3. 100k weerstand
4. 2200uF condensator
5. Relimate connector - 3 st
6. Printplaat

LTC4412 Power Path Controller schakelschema

Het circuit heeft twee bedrijfsomstandigheden: de ene is het verlies van primaire stroom en de andere is het herstel van de primaire stroom. Het belangrijkste werk wordt gedaan door de controller LTC4412. De LTC4412 verbindt de uitgangsbelasting met de hulpvoeding wanneer de primaire voedingsspanning 20 mV minder daalt dan de hulpvoedingsspanning. In deze situatie zakt de statuspin stroom en wordt de hulp-MOSFET ingeschakeld.

In andere werkomstandigheden, telkens wanneer de primaire stroomtoevoer 20 mV boven de hulpstroombron gaat, wordt de belasting weer verbonden met de primaire stroombron. De statuspin gaat dan in de open-drain-toestand en schakelt de P-Channel MOSFET uit.

Deze twee situaties veranderen niet alleen automatisch de stroombron afhankelijk van de primaire stroomstoring, maar schakelen ook om als de primaire spanning aanzienlijk daalt.

De detectiepin levert stroom aan de interne schakelingen als het VIN geen spanning krijgt en detecteert ook de spanning van de primaire voedingseenheid.

De grotere uitgangscondensator van 2200uF 25V zorgt voor voldoende filtratie tijdens de uitschakelfasen. Op de korte tijdsduur dat de omschakeling zal plaatsvinden, zal de condensator de belasting van stroom voorzien.

Printplaat ontwerp

Om de schakeling te testen hebben we een printje nodig omdat de LTC4412 IC in het SMD-pakket zit. In de onderstaande afbeelding wordt de bovenzijde van het bord getoond-

Het ontwerp is uitgevoerd als een enkelzijdig bord. Er zijn ook 3 draadbruggen vereist in de printplaat. Er zijn ook twee extra optionele in- en uitgangspennen voor de bediening en statusgerelateerde bewerkingen. Een microcontroller-eenheid kan indien nodig op die twee pinnen worden aangesloten, maar dat zullen we in deze tutorial niet doen.

In de bovenstaande afbeelding is de onderkant van de PCB weergegeven waar twee MOSFET's van Q1 en Q2 worden weergegeven. De MOSFET's hebben echter geen extra koellichamen nodig, maar in het ontwerp wordt het PCB-koellichaam gecreëerd. Deze zullen de vermogensdissipatie over de MOSFET's verminderen.

Power Path Controller testen

De twee bovenstaande afbeeldingen tonen de printplaat van de Power Path Controller die eerder is ontworpen. De printplaat is echter een met de hand geëtste versie en zal het doel dienen. De componenten worden goed in de print gesoldeerd.

Om het circuit te testen, wordt een instelbare gelijkstroombelasting over de uitgang aangesloten die bijna 1 ampère stroom trekt. Als je geen digitale DC-belasting hebt, kun je ook je eigen instelbare DC-belasting bouwen met Arduino.

Voor testdoeleinden had ik te maken met een tekort aan de batterij (het is hier COVID-19 lockdown), en daarom wordt een bankvoeding gebruikt met twee uitgangen. Het ene kanaal is ingesteld op 9V en het andere is ingesteld op 12V. Het 12 V-kanaal is losgekoppeld om het resultaat op de uitgang te zien en het kanaal is weer aangesloten om de prestaties van het circuit te controleren.

Je kunt de onderstaande video bekijken voor een gedetailleerde demonstratie van hoe het circuit werkt. Ik hoop dat je van het project genoten hebt en iets nuttigs hebt geleerd. Als je vragen hebt, laat ze dan achter in het commentaargedeelte hieronder of gebruik onze forums voor andere technische vragen.