- Krav
- LTC4412 Power Path Controller
- LTC4412 kretsschema för kraftvägskontroll
- PCB-kortdesign
- Testning av Power Path Controller
Det finns många situationer när vår kretsdesign har två strömkällor som en adapter och ett batteri eller det kan till och med vara två andra strömförsörjningar från två olika uttag. Kravet på applikationen kan vara ungefär som att det alltid borde behöva förbli PÅ under strömavbrott med hjälp av en extra strömkälla som är tillgänglig. Till exempel måste en krets som drivs med en adapter byta till ett batteri eller en extra strömförsörjning utan att avbryta kretsens funktion i händelse av strömavbrott.
I dessa fall kan en Power Path Controller Circuit vara till hjälp. I grund och botten kommer en strömbanekontrollkrets att byta kretskortets huvudeffekt beroende på den tillgängliga strömkällan genom att styra banan från vilken strömmen kommer in i kretsen.
I det här projektet kommer vi att bygga ett dedikerat kraftvägskontrollsystem som kommer att växla belastningen från huvudström till hjälpström under det primära strömavbrottet och även åter ändra strömkällans hjälp till primär under den primära strömåterställningsfasen. Detta är en mycket viktig krets som ska byggas för att stödja oavbruten strömförsörjningstillämpningstillstånd under ingångseffekten ändras från primär till extra eller extra till primär. Med andra ord kan det fungera som UPS för Arduino och Raspberry Pi- projekt och det kan också användas för flera batterier som laddas från en enda laddare.
Krav
Kretsens krav anges som nedan -
- Lastströmmen blir upp till 3A.
- Max spänning är 12V för en adapter (primär effekt) och 9V som batteri (sekundär effekt)
LTC4412 Power Path Controller
Huvudstyrenheten som väljs för kretsen är LTC4412 från Analog Devices (linjär teknik). Detta är ett system med låg förlust av kraftvägar som automatiskt växlar mellan två likströmskällor och förenklar lastdelningsoperationerna. Eftersom den här enheten stöder adapterspänning varierar från 3 volt till 28 volt och stöder batterispänningsintervall från 2,5 volt till 25 volt. Således tjänar den ovanstående krav på ingångsspänningen. I bilden nedan visas pinout- diagrammet för LTC4412-
Den har dock två ingångskällor, den ena är den primära och den andra är den extra. Den primära strömkällan (väggadaptern i vårt fall) har prioritet framför den extra strömkällan (batteri i detta fall). Därför, närhelst den primära strömkällan är närvarande, kopplas den extra strömkällan automatiskt från. Skillnaden mellan dessa två ingångsspänningar är bara 20 mV. Således, om den primära kraftkällan blir 20 mV högre än den extra strömkällan, blir belastningen ansluten till den primära strömkällan.
LTC4412 har ytterligare två stift - kontroll och status. Den styrtapp kan användas för att digitalt styra insignalen till tvinga MOSFET för att slå av, medan statusstiftet är ett open-drain utgångsstift som kan användas för att sänka 10uA av ström och kan användas för att styra en ytterligare MOSFET med en externt motstånd. Detta kan också anslutas till en mikrokontroller för att få närvarosignalen från den extra strömkällan. LTC4412 ger också batteriet omvänd polaritetsskydd. Men eftersom vi arbetar med strömförsörjning kan du här också kolla in andra mönster som överspänningsskydd, överströmsskydd, omvänd polaritetsskydd, kortslutningsskydd, hot swap-styrenhet etc. som kan vara till nytta
En annan komponent är att använda två P-Channel MOSFETs för att styra de extra och primära kraftkällorna. För detta ändamål används FDC610PZ som en P-kanal, -30V, -4.9A MOSFET som är lämplig för drift av 3A belastningsomkoppling. Den har ett lågt RDS ON- motstånd på 42 miliohm vilket gör den lämplig för denna applikation utan ytterligare kylfläns.
Därför är den detaljerade
- LTC4412
- P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 st
- 100k motstånd
- 2200uF kondensator
- Relimalkontakt - 3 st
- PCB
LTC4412 kretsschema för kraftvägskontroll
Kretsen har två driftsförhållanden, den ena är förlusten av primär effekt och den andra är återvinningen av den primära effekten. Det största jobbet utförs av styrenheten LTC4412. LTC4412 ansluter utgångsbelastningen med hjälpeffekten när primärspänningen faller 20 mV mindre än hjälpströmspänningen. I den här situationen sjunker statusnålen ström och slår på hjälp-MOSFET.
Under andra arbetsförhållanden, när den primära strömingången går 20 mV över hjälpströmkällan, blir belastningen åter ansluten till den primära strömkällan. Statusnålen går sedan i öppet dräneringsläge och stänger av P-Channel MOSFET.
Dessa två situationer ändrar inte bara strömkällan automatiskt beroende på det primära strömavbrottet utan gör också övergång om primärspänningen sjunker avsevärt.
Avkänningsstiftet ger ström till den interna kretsen om VIN inte får någon spänning och också känner av spänningen hos den primära strömförsörjningsenheten.
Den större utgångskondensatorn på 2200uF 25V ger tillräcklig filtrering under avstängningsfaserna. Vid den lilla tid som omkopplingen sker kommer kondensatorn att ge ström till lasten.
PCB-kortdesign
För att testa kretsen behöver vi ett kretskort eftersom LTC4412 IC finns i SMD-paketet. I bilden nedan visas brädans överkant -
Designen görs som ett ensidigt kort. Det finns också 3 tråddragare i kretskortet. Två ytterligare valfria ingångar och utgångsstift finns också för kontroll- och statusrelaterade operationer. En mikrokontroller-enhet kan anslutas i dessa två stift om det behövs, men det gör vi inte i den här självstudien.
I bilden ovan visas undersidan av kretskortet där två MOSFETs av Q1 och Q2 visas. MOSFET: erna kräver dock inte ytterligare kylflänsar men i designen skapas kretskortet för kretskort. Dessa kommer att minska strömavledningen över MOSFET.
Testning av Power Path Controller
De två ovanstående bilderna visar kretskortet för kraftvägskontrollen som designades tidigare. PCB är dock en handetsad version och den kommer att tjäna syftet. Komponenterna löds ordentligt i kretskortet.
För att testa kretsen är en justerbar DC-belastning ansluten över utgången som drar nästan 1 ampere ström. Om du inte har en digital DC-belastning kan du också bygga din egen Justerbar DC-belastning med Arduino.
För teständamål stod jag inför en brist på batteriet (det är COVID-19-låsning här), och följaktligen används en bänkströmförsörjning som har två utgångar. En kanal är inställd på 9V och den andra är inställd på 12V. 12V-kanalen kopplas bort för att se resultatet på utgången och återansluter kanalen för att kontrollera kretsens prestanda.
Du kan kolla in videon som länkas nedan för en detaljerad demonstration av hur kretsen fungerar. Jag hoppas att du gillade projektet och lärde dig något användbart. Om du har några frågor, lämna dem i kommentarfältet nedan eller använd våra forum för andra tekniska frågor.