- Követelmények
- LTC4412 Power Path Controller
- LTC4412 Teljesítményút-vezérlő áramkör diagramja
- NYÁK-alaplap tervezés
- Power Path Controller tesztelése
Sok helyzet van, amikor áramköri kialakításunknak két áramforrása van, például adapter és akkumulátor, vagy akár két másik tápegység is lehet két különböző aljzatból. Az alkalmazás követelménye olyasmi lehet, hogy áramkimaradás esetén mindig bekapcsolt állapotban kell maradnia használatával és további rendelkezésre álló áramforrással. Például egy adapterrel táplált áramkörnek át kell váltania akkumulátorra vagy kiegészítő tápegységre anélkül, hogy áramkimaradás esetén megszakítaná az áramkör működését.
Ezekben a fent említett esetekben egy Power Path Controller áramkör lesz hasznos. Alapvetően egy áramút-vezérlő áramkör az elérhető áramforrástól függően kapcsolja az áramköri kártya fő teljesítményét azáltal, hogy szabályozza azt az utat, ahonnan az áram az áramkörbe érkezik.
Ebben a projektben egy dedikált teljesítménypálya-vezérlő rendszert építünk, amely az elsődleges áramkimaradás során a terhelés teljesítményfelvitelét az elsődleges teljesítményről a kiegészítő teljesítményre kapcsolja, és az elsődleges energia-helyreállítási fázisban ismét az elsődleges áramforrást is elsődlegesre változtatja.. Ez egy nagyon fontos áramkör, amelyet ki kell építeni, hogy támogassa a megszakítás nélküli tápellátás alkalmazási állapotát, miközben a bemeneti teljesítmény változik az elsődlegesből a segédbe vagy a segédből az elsődlegesbe. Más szavakkal, úgy működhet, mint a UPS az Arduino és a Raspberry Pi projektekhez, és több akkumulátorra is használható, egyetlen töltővel.
Követelmények
Az áramkör követelményeit az alábbiakban határozzuk meg:
- A terhelési áram 3A-ig lesz.
- A maximális feszültség 12V lesz egy adapternél (elsődleges teljesítmény) és 9V mint akkumulátor (másodlagos áram)
LTC4412 Power Path Controller
Az áramkörhöz kiválasztott fő vezérlő az Analog Devices (lineáris technológiák) LTC4412. Ez egy kis veszteségű energiapálya-vezérlő rendszer, amely automatikusan vált két DC-forrás között, és leegyszerűsíti a terhelésmegosztási műveleteket. Mivel ez a készülék támogatja az adapter feszültségét 3 és 28 volt között, és támogatja az akkumulátor feszültségét 2,5 és 25 volt között. Így a bemeneti feszültség fenti követelményét szolgálja. Az alábbi képen a pinout diagramja LTC4412 van shown-
Ennek azonban két bemeneti forrása van, az egyik az elsődleges, a másik pedig a kiegészítő. Az elsődleges áramforrás (esetünkben fali adapter) elsőbbséget élvez a kiegészítő áramforrással (ebben az esetben akkumulátorral) szemben. Ezért, amikor az elsődleges áramforrás jelen van, a kiegészítő áramforrás automatikusan lekapcsol. E két bemeneti feszültség közötti különbség csak 20mV. Így, ha az elsődleges áramforrás 20 mV-tal magasabb lesz, mint a kiegészítő áramforrás, a terhelés összekapcsolódik az elsődleges áramforrással.
Az LTC4412 két további tűvel rendelkezik - Vezérlés és állapot. A vezérlő csap lehet használni, hogy digitálisan szabályozni a bemeneti kényszeríteni a MOSFET kikapcsolni, mivel az állapot csap egy nyílt csatorna kimeneti pin, hogy lehet használni, hogy elsüllyed 10uA jelenlegi és lehet használni, hogy ellenőrizzék további MOSFET egy külső ellenállás. Ez összekapcsolható egy mikrokontrollerrel is, hogy megkapja a kiegészítő áramforrás jelenlétét. Az LTC4412 fordított polaritásvédelmet is biztosít az akkumulátor számára. De mivel tápegységekkel dolgozunk, itt más terveket is megtekinthet, mint például a túlfeszültség-védelem, a túláram-védelem, a fordított polaritásvédelem, a rövidzárlat-védelem, a gyorscsere-vezérlő stb.
Egy másik komponens két P-csatornás MOSFET használata a kiegészítő és az elsődleges áramforrások vezérléséhez. Erre a célra az FDC610PZ- t P-csatornaként, -30V, -4.9A MOSFET-ként használják, amely alkalmas 3A terheléskapcsolás működtetésére. Alacsony RDS ON ellenállása 42 mili ohm, amely további hűtőborda nélkül alkalmas erre az alkalmazásra.
Ezért a részletes BOM
- LTC4412
- P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 db
- 100k ellenállás
- 2200uF kondenzátor
- Relimate csatlakozó - 3 db
- PCB
LTC4412 Teljesítményút-vezérlő áramkör diagramja
Az áramkörnek két működési körülménye van, az egyik az elsődleges teljesítmény elvesztése, a másik az elsődleges teljesítmény helyreállítása. A fő feladatot az LTC4412 vezérlő végzi. Az LTC4412 összeköti a kimeneti terhelést a kiegészítő energiával, amikor az elsődleges feszültség 20 mV-kal kevesebbre esik, mint a segédfeszültség. Ebben a helyzetben az állapotcsap elnyeli az áramot és bekapcsolja a kiegészítő MOSFET-et.
Más munkakörülmények között, amikor az elsődleges tápfeszültség 20 mV-mal megy a kiegészítő áramforrás fölé, a terhelés ismét összekapcsolódik az elsődleges áramforrással. Ezután az állapotcsap nyitott lefolyású állapotba kerül, és kikapcsolja a P-Channel MOSFET-et.
Ez a két helyzet nem csak automatikusan megváltoztatja az áramforrást az elsődleges áramkimaradás függvényében, hanem átkapcsolást is végez, ha az elsődleges feszültség jelentősen csökken.
Az érzékelő tű biztosítja a belső áramkör áramellátását, ha a VIN nem kap feszültséget, és érzékeli az elsődleges tápegység feszültségét is.
A nagyobb 2200uF 25V kimeneti kondenzátor elegendő szűrést biztosít a kikapcsolási fázisokban. Abban a kis időtartamban, amikor az átállás megtörténik, a kondenzátor energiát szolgáltat a terhelés számára.
NYÁK-alaplap tervezés
Az áramkör teszteléséhez szükségünk van egy NYÁK-ra, mert az LTC4412 IC az SMD csomagban található. Az alábbi képen a tábla felső oldala látható -
A tervezés egyoldalas deszkaként történik. A nyomtatott áramköri lapon 3 huzalugró is szükséges. Két további opcionális bemenet és kimeneti tű is rendelkezésre áll a vezérléshez és az állapothoz kapcsolódó műveletekhez. Szükség esetén egy mikrokontroller egység is összekapcsolható ebben a két érintkezőben, de ebben az oktatóanyagban ezt nem fogjuk megtenni.
A fenti képen a NYÁK alsó oldala látható, ahol két Q1 és Q2 MOSFET látható. A MOSFET-ek azonban nem igényelnek további hűtőbordákat, de a tervezés során a NYÁK hűtőbordája jön létre. Ezek csökkenteni fogják az energiaeloszlást a MOSFET-ek között.
Power Path Controller tesztelése
A fenti két kép a korábban tervezett áramút-vezérlő NYÁK-ját mutatja. A nyomtatott áramköri lap azonban kézzel maratott változat, és ezt a célt fogja szolgálni. Az alkatrészeket megfelelően forrasztják a NYÁK-ban.
Az áramkör teszteléséhez állítható egyenáramú terhelés van csatlakoztatva a kimeneten, amely majdnem 1 Amper áramot vesz fel. Ha nem rendelkezik digitális egyenáramú terheléssel, az Arduino segítségével elkészítheti saját állítható egyenáramú terhelését is.
Tesztelés céljából szembesültem az akkumulátor hiányával (itt a COVID-19 zárolása van), ezért egy pad tápegységet használunk, amelynek két kimenete van. Az egyik csatorna 9V-ra, a másik pedig 12V-ra van állítva. A 12 V-os csatornát leválasztjuk, hogy lássuk az eredményt a kimeneten, és újból csatlakoztatjuk a csatornát az áramkör teljesítményének ellenőrzéséhez.
Az áramkör működésének részletes bemutatásához megnézheti az alábbi linket. Remélem, hogy tetszett a projekt, és megtanult valami hasznosat. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, vagy más technikai kérdésekhez használja fórumunkat.