Sistema di controllo del percorso di alimentazione che utilizza ltc4412 per passare dall'alimentazione primaria a quella ausiliaria

Ci sono molte situazioni in cui il nostro circuito ha due fonti di alimentazione come un adattatore e una batteria o può anche essere due altri alimentatori da due prese diverse. Il requisito dell'applicazione può essere qualcosa come dovrebbe essere sempre necessario rimanere ON durante le interruzioni di corrente utilizzando una fonte di alimentazione aggiuntiva disponibile. Ad esempio, un circuito alimentato tramite un adattatore deve passare a una batteria o un'alimentazione ausiliaria senza interrompere il funzionamento del circuito in caso di interruzione di corrente.

In questi casi sopra menzionati, sarà utile un circuito del controller del percorso di alimentazione. Fondamentalmente, un circuito di controllo del percorso di alimentazione commuterà l'alimentazione principale del circuito stampato a seconda della fonte di alimentazione disponibile controllando il percorso da cui l'alimentazione entra nel circuito.

In questo progetto, costruiremo un sistema di controller del percorso di alimentazione dedicato che commuterà l'ingresso di alimentazione del carico dall'alimentazione primaria all'alimentazione ausiliaria durante l'interruzione dell'alimentazione primaria e cambierà nuovamente la fonte di alimentazione ausiliaria in primaria durante la fase di ripristino dell'alimentazione primaria. Questo è un circuito molto essenziale da costruire per supportare lo stato ininterrotto dell'applicazione di alimentazione durante il passaggio della potenza in ingresso da primaria ad ausiliaria o ausiliaria a primaria. In altre parole, può funzionare come UPS per progetti Arduino e Raspberry Pi e può anche essere utilizzato per la ricarica di più batterie da un singolo caricatore.

Requisiti

Il requisito del circuito è specificato come di seguito:

1. La corrente di carico sarà fino a 3A.
2. La tensione massima sarà 12V per un adattatore (alimentazione primaria) e 9V come batteria (alimentazione secondaria)

Controller del percorso di alimentazione LTC4412

Il controller principale selezionato per il circuito è l' LTC4412 di Analog Devices (tecnologie lineari). Si tratta di un sistema di controllo del percorso di alimentazione a bassa perdita che commuta automaticamente tra due sorgenti CC e semplifica le operazioni di condivisione del carico. Poiché questo dispositivo supporta intervalli di tensione dell'adattatore da 3 volt a 28 volt e supporta intervalli di tensione della batteria da 2,5 volt a 25 volt. Pertanto, soddisfa il requisito di cui sopra della tensione di ingresso. Nell'immagine sottostante, è mostrato il diagramma di pinout dell'LTC4412-

Tuttavia, ha due sorgenti di ingresso, una è la principale e l'altra è l'ausiliaria. La fonte di alimentazione primaria (adattatore da muro nel nostro caso) ha la priorità sulla fonte di alimentazione ausiliaria (batteria in questo caso). Pertanto, ogni volta che è presente la fonte di alimentazione primaria, la fonte di alimentazione ausiliaria verrà automaticamente scollegata. La differenza tra queste due tensioni di ingresso è di soli 20 mV. Pertanto, se la fonte di alimentazione primaria supera di 20 mV la fonte di alimentazione ausiliaria, il carico viene collegato alla fonte di alimentazione primaria.

L'LTC4412 dispone di due pin aggiuntivi: controllo e stato. Il pin di controllo può essere utilizzato per controllare digitalmente l'ingresso per forzare lo spegnimento del MOSFET, mentre il pin di stato è un pin di uscita open-drain che può essere utilizzato per assorbire 10uA di corrente e può essere utilizzato per controllare un MOSFET aggiuntivo con un resistenza esterna. Questo può anche essere interfacciato con un microcontrollore per ottenere il segnale di presenza della fonte di alimentazione ausiliaria. L'LTC4412 fornisce anche protezione dall'inversione di polarità per la batteria. Ma poiché stiamo lavorando con gli alimentatori, qui puoi anche controllare altri progetti come protezione da sovratensione, protezione da sovracorrente, protezione da inversione di polarità, protezione da cortocircuito, controller hot swap, ecc.

Un altro componente consiste nell'utilizzare due MOSFET a canale P per controllare le sorgenti di alimentazione ausiliaria e primaria. A tale scopo, FDC610PZ viene utilizzato come un MOSFET a canale P, -30V, -4,9A adatto per il funzionamento di 3A di commutazione del carico. Ha una bassa resistenza RDS _ON di 42 milli-ohm che lo rende adatto per questa applicazione senza un dissipatore di calore aggiuntivo.

Pertanto, la distinta base dettagliata è-

1. LTC4412
2. MOSFET a canale P - FDC610PZ - 2 pz
3. Resistenza da 100k
4. Condensatore da 2200uF
5. Connettore Relimate - 3 pz
6. PCB

Schema del circuito del controller del percorso di alimentazione dell'LTC4412

Il circuito ha due condizioni operative, una è la perdita di potenza primaria e l'altra è il recupero della potenza primaria. Il lavoro principale viene svolto dal controller LTC4412. L'LTC4412 collega il carico in uscita con l'alimentazione ausiliaria ogni volta che la tensione dell'alimentazione primaria scende di 20 mV in meno rispetto alla tensione dell'alimentazione ausiliaria. In questa situazione, il pin di stato assorbe corrente e accende il MOSFET ausiliario.

In altre condizioni di lavoro, ogni volta che l'ingresso di alimentazione primaria supera di 20 mV la fonte di alimentazione ausiliaria, il carico viene nuovamente collegato alla fonte di alimentazione primaria. Il pin di stato passa quindi alla condizione di scarico aperto e spegnerà il MOSFET a canale P.

Queste due situazioni non solo cambiano automaticamente la fonte di alimentazione a seconda dell'interruzione dell'alimentazione primaria, ma effettuano anche la commutazione se la tensione primaria scende in modo significativo.

Il pin di rilevamento fornisce alimentazione al circuito interno se il VIN non riceve tensione e rileva anche la tensione dell'unità di alimentazione primaria.

Il condensatore di uscita più grande di 2200uF 25V fornirà una filtrazione sufficiente durante le fasi di spegnimento. Nel breve periodo di tempo in cui avrà luogo la commutazione, il condensatore fornirà alimentazione al carico.

PCB Board Design

Per testare il circuito, abbiamo bisogno di un PCB perché l'IC LTC4412 è nel pacchetto SMD. Nell'immagine sotto, viene mostrato il lato superiore della scheda:

Il design è fatto come una tavola unilaterale. Ci sono anche 3 ponticelli di filo richiesti nel PCB. Sono inoltre forniti due ulteriori ingressi e pin di uscita opzionali per le operazioni relative al controllo e allo stato. Un'unità microcontrollore può essere interfacciata in questi due pin se necessario, ma non lo faremo in questo tutorial.

Nell'immagine sopra, viene mostrato il lato inferiore del PCB dove sono visualizzati due MOSFET di Q1 e Q2. Tuttavia, i MOSFET non richiedono dissipatori di calore aggiuntivi, ma nella progettazione viene creato il dissipatore di calore PCB. Questi ridurranno la dissipazione di potenza attraverso i MOSFET.

Test del controller del percorso di alimentazione

Le due immagini sopra mostrano il PCB del controller del percorso di alimentazione progettato in precedenza. Tuttavia, il PCB è una versione incisa a mano e servirà allo scopo. I componenti vengono saldati correttamente nel PCB.

Per testare il circuito, un carico CC regolabile è collegato all'uscita che assorbe quasi 1 Amp di corrente. Se non disponi di un carico CC digitale, puoi anche creare il tuo carico CC regolabile utilizzando Arduino.

A scopo di test, ho riscontrato una carenza di batteria (qui è il blocco COVID-19), e quindi viene utilizzato un alimentatore da banco con due uscite. Un canale è impostato su 9V e l'altro è impostato su 12V. Il canale 12V viene scollegato per vedere il risultato in uscita e ricollegato il canale per verificare le prestazioni del circuito.

Puoi guardare il video collegato di seguito per la dimostrazione dettagliata di come funziona il circuito. Spero che il progetto ti sia piaciuto e abbia imparato qualcosa di utile. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti qui sotto o usa i nostri forum per altre domande tecniche.