Power path controller system som bruker ltc4412 for å veksle mellom primær- og hjelpestrøm

Det er mange situasjoner når kretsdesignet vårt har to strømkilder, for eksempel en adapter og et batteri, eller det kan til og med være to andre strømforsyninger fra to forskjellige uttak. Kravet til applikasjonen kan være noe sånt som det alltid må være PÅ under strømbrudd ved å bruke og ekstra strømkilde som er tilgjengelig. For eksempel må en krets som drives av en adapter bytte til et batteri eller en ekstra strømforsyning uten å avbryte kretsens drift i tilfelle strømbrudd.

I disse ovennevnte tilfellene vil en Power Path Controller Circuit være nyttig. I utgangspunktet vil en strømbanekontrollkrets skifte hovedstrømmen til kretskortet, avhengig av strømkilden som er tilgjengelig ved å kontrollere banen der strømmen kommer inn i kretsen.

I dette prosjektet vil vi bygge et dedikert kraftbanestyringssystem som vil bytte strøminngangen til belastningen fra primærstrøm til hjelpestrøm under primærstrømsvikt, og også igjen endre strømkildehjelpen til primærstrøm under den primære strømgjenopprettingsfasen. Dette er en veldig viktig krets som skal bygges for å støtte den uavbrutte strømforsyningens applikasjonstilstand under inngangseffekten endres fra primær til ekstra eller ekstra til primær. Med andre ord, det kan fungere som UPS for Arduino og Raspberry Pi- prosjekter, og det kan også brukes til flere batterier som lades fra en enkelt lader.

Krav

Kravet til kretsen er spesifisert som nedenfor -

1. Laststrømmen vil være opptil 3A.
2. Maksimal spenning vil være 12V for en adapter (primær strøm) og 9V som batteri (sekundær effekt)

LTC4412 Power Path Controller

Hovedkontrolleren som er valgt for kretsen er LTC4412 fra Analog Devices (lineær teknologi). Dette er et lavt tap strømstyringssystem som automatisk bytter mellom to DC-kilder og forenkler belastningsdelingsoperasjonene. Siden denne enheten støtter adapter spenning, varierer fra 3 volt til 28 volt og støtter batterispenning fra 2,5 volt til 25 volt. Dermed tjener den ovennevnte krav til inngangsspenningen. I bildet nedenfor vises pinout-diagrammet til LTC4412-

Imidlertid har den to inngangskilder, den ene er den primære, og den andre er hjelpestøtten. Den primære strømkilden (veggadapter i vårt tilfelle) har prioritet fremfor den ekstra strømkilden (batteri i dette tilfellet). Derfor, når den primære strømkilden er til stede, kobles den ekstra strømkilden automatisk fra. Forskjellen mellom disse to inngangsspenningene er bare 20mV. Dermed, hvis den primære strømkilden blir 20mV høyere enn den ekstra strømkilden, blir belastningen koblet til den primære strømkilden.

LTC4412 har to ekstra pinner - Kontroll og status. Den styretapp kan brukes i en digital styre-inngang for å tvinge MOSFET for å slå av, mens status pinnen er en åpent-avløp utgangsstiften som kan brukes til å synke 10uA av strøm, og kan brukes til å styre en ytterligere MOSFET med en ekstern motstand. Dette kan også grensesnittes med en mikrokontroller for å få nærværssignalet til den ekstra strømkilden. LTC4412 gir også omvendt polaritetsbeskyttelse for batteriet. Men siden vi jobber med strømforsyninger, kan du her også sjekke ut andre design som overspenningsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse, omvendt polaritetsbeskyttelse, kortslutningsbeskyttelse, hot swap-kontroller, etc. som kan være nyttig

En annen komponent er å bruke to P-Channel MOSFET-er for å kontrollere de ekstra og primære strømkildene. For dette formålet brukes FDC610PZ som en P-kanal, -30V, -4,9A MOSFET som er egnet for drift av 3A med lastbryter. Den har en lav RDS _ON- motstand på 42 miliohm, noe som gjør den egnet for denne applikasjonen uten ekstra kjøleribbe.

Derfor er den detaljerte stykklisten

1. LTC4412
2. P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 stk
3. 100k motstand
4. 2200uF kondensator
5. Relimate-kontakt - 3 stk
6. PCB

LTC4412 Power Path Controller kretsdiagram

Kretsen har to driftsforhold, den ene er tap av primærkraft og den andre er gjenoppretting av primærkraft. Hovedjobben utføres av kontrolleren LTC4412. LTC4412 kobler utgangsbelastningen med hjelpestrømmen når den primære spenningen faller 20 mV mindre enn hjelpestrømmen. I denne situasjonen synker statusnålen gjeldende og slår på hjelpemosfetten.

Under andre arbeidsforhold, når den primære strøminngangen går 20 mV over hjelpestrømkilden, blir belastningen igjen koblet til den primære strømkilden. Statuspinnen går deretter i åpen avløpstilstand og vil slå av P-Channel MOSFET.

Disse to situasjonene endrer ikke bare strømkilden automatisk avhengig av det primære strømbruddet, men skifter også hvis primærspenningen faller betydelig.

Sensepinnen gir strøm til de interne kretsene hvis VIN ikke får spenning og også registrerer spenningen til den primære strømforsyningsenheten.

Den større utgangskondensatoren på 2200uF 25V vil gi tilstrekkelig filtrering under utkoblingsfasene. På den korte tiden da overgangen vil skje, vil kondensatoren gi strøm til lasten.

PCB Board Design

For å teste kretsen trenger vi et PCB fordi LTC4412 IC er i SMD-pakken. På bildet nedenfor vises oversiden av brettet -

Designet gjøres som et ensidig brett. Det er også 3 ledningshoppere på PCB. To ekstra valgfrie innganger og utgangspinner er også gitt for kontroll- og statusrelaterte operasjoner. En mikrokontrollerenhet kan kobles til de to pinnene om nødvendig, men det gjør vi ikke i denne opplæringen.

På bildet ovenfor vises undersiden av kretskortet der to MOSFET-er av Q1 og Q2 vises. Imidlertid krever MOSFET ikke ekstra varmeavleder, men i designen blir PCB-kjøleribben opprettet. Disse vil redusere strømavledningen over MOSFET-ene.

Power Path Controller Testing

De to ovennevnte bildene viser PCB til strømbanekontrolleren som ble designet tidligere. PCB er imidlertid en håndetset versjon, og den vil tjene formålet. Komponentene loddes riktig i PCB.

For å teste kretsen er en justerbar DC-belastning koblet over utgangen som trekker nesten 1 Amp strøm. Hvis du ikke har digital DC-belastning, kan du også bygge din egen justerbare DC-belastning ved hjelp av Arduino.

For testformål møtte jeg mangel på batteri (det er COVID-19-låsing her), og derav brukes en benkestrømforsyning som har to utganger. Den ene kanalen er satt til 9V og den andre er satt til 12V. 12V-kanalen er frakoblet for å se resultatet på utgangen, og kobler igjen kanalen for å sjekke ytelsen til kretsen.

Du kan sjekke ut videoen som er lenket nedenfor for å få en detaljert demonstrasjon av hvordan kretsen fungerer. Jeg håper du likte prosjektet og lærte noe nyttig. Hvis du har spørsmål, kan du legge dem i kommentarfeltet nedenfor eller bruke forumene våre for andre tekniske spørsmål.