Sistem pengawal jalan kuasa menggunakan ltc4412 untuk menukar antara kuasa primer dan kuasa tambahan

Terdapat banyak keadaan ketika reka bentuk litar kami mempunyai dua sumber kuasa seperti penyesuai dan bateri atau bahkan boleh menjadi dua bekalan kuasa lain dari dua cawangan yang berbeza. Keperluan aplikasi boleh menjadi seperti yang selalu perlu tetap AKTIF semasa kegagalan kuasa dengan menggunakan dan sumber kuasa tambahan yang tersedia. Sebagai contoh, litar yang dihidupkan menggunakan penyesuai perlu beralih ke bateri atau bekalan kuasa tambahan tanpa mengganggu operasi litar sekiranya berlaku gangguan kuasa.

Dalam kes-kes yang disebutkan di atas, Litar Pengawal Laluan Daya akan sangat membantu. Pada asasnya, litar kawalan laluan kuasa akan menukar kuasa utama papan litar bergantung kepada sumber kuasa yang ada dengan mengawal jalan dari mana daya masuk ke litar.

Dalam projek ini, kami akan membina sistem pengawal jalan kuasa khusus yang akan menukar input kuasa beban dari kuasa primer ke kuasa tambahan semasa kegagalan kuasa primer dan juga sekali lagi menukar sumber kuasa tambahan ke primer semasa fasa pemulihan kuasa utama. Ini adalah litar yang sangat penting untuk dibina untuk menyokong keadaan aplikasi bekalan kuasa tanpa gangguan semasa kuasa input berubah dari primer ke tambahan atau tambahan ke primer. Dengan kata lain, ia boleh berfungsi seperti UPS untuk Arduino dan Projek Raspberry Pi dan ia juga boleh digunakan untuk pengisian bateri berganda dari satu pengecas.

Keperluan

Keperluan litar ditentukan seperti di bawah-

Arus beban akan mencapai 3A.
Voltan maksimum ialah 12V untuk penyesuai (kuasa utama) dan 9V sebagai bateri (kuasa sekunder)

Pengawal Laluan Daya LTC4412

Pengawal utama yang dipilih untuk litar adalah LTC4412 dari Analog Devices (teknologi linear). Ini adalah sistem pengawal jalan kuasa rendah yang bertukar secara automatik antara dua sumber DC dan memudahkan operasi pembahagian beban. Oleh kerana peranti ini menyokong voltan penyesuai berkisar antara 3 volt hingga 28 volt dan menyokong voltan bateri antara 2.5 volt hingga 25 volt. Oleh itu, ia memenuhi keperluan voltan input di atas. Dalam gambar di bawah, gambarajah pin LTC4412 ditunjukkan-

Walau bagaimanapun, ia mempunyai dua sumber input, satu sumber utama, dan yang lain adalah sumber tambahan. Sumber kuasa utama (penyesuai dinding dalam kes kami) mempunyai keutamaan daripada sumber kuasa tambahan (bateri dalam kes ini). Oleh itu, setiap kali sumber kuasa utama ada, sumber kuasa tambahan akan terputus secara automatik. Perbezaan antara dua voltan input ini hanya 20mV. Oleh itu, jika sumber kuasa utama mendapat 20mV lebih tinggi daripada sumber kuasa tambahan, beban akan dihubungkan dengan sumber kuasa utama.

LTC4412 mempunyai dua pin tambahan - Kawalan dan status. The pin kawalan boleh digunakan untuk mengawal secara digital input untuk memaksa MOSFET untuk mematikan, manakala pin status adalah output pin terbuka longkang yang boleh digunakan untuk menenggelamkan 10uA arus dan boleh digunakan untuk mengawal MOSFET tambahan dengan perintang luaran. Ini juga dapat dihubungkan dengan mikrokontroler untuk mendapatkan isyarat kehadiran sumber kuasa tambahan. LTC4412 juga memberikan perlindungan polaritas terbalik untuk Bateri. Tetapi kerana kami bekerja dengan bekalan kuasa, di sini anda juga dapat melihat reka bentuk lain seperti Over Voltage Protection, Over current Protection, Reverse polarity Protection, Short Circuit Protection, Hot Swap controller, dll. Yang mungkin berguna

Komponen lain adalah menggunakan dua MOSFET P-Channel untuk mengawal sumber kuasa tambahan dan utama. Untuk tujuan ini, FDC610PZ digunakan sebagai saluran P, -30V, -4.9A MOSFET yang sesuai untuk operasi pengalihan beban 3A. Ia mempunyai rintangan RDS _ON rendah 42 mili-ohm yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi ini tanpa pendingin tambahan.

Oleh itu, BOM yang terperinci adalah-

LTC4412
P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 pcs
Perintang 100k
Kapasitor 2200uF
Penyambung hubungan - 3 pcs
PCB

Diagram Litar Pengawal Laluan Daya LTC4412

Litar mempunyai dua keadaan operasi, satu kehilangan kuasa primer dan yang lain adalah pemulihan kuasa primer. Tugas utama dilakukan oleh pengawal LTC4412. LTC4412 menghubungkan beban output dengan kuasa tambahan setiap kali voltan kuasa utama turun 20 mV kurang daripada voltan daya tambahan. Dalam keadaan ini, pin status tenggelam semasa dan menghidupkan MOSFET tambahan.

Dalam keadaan kerja yang lain, setiap kali input daya primer berada 20 mV di atas sumber kuasa tambahan, beban sekali lagi dihubungkan dengan sumber kuasa utama. Pin status kemudian masuk ke keadaan longkang terbuka dan akan mematikan P-Channel MOSFET.

Kedua-dua keadaan ini bukan sahaja secara automatik mengubah sumber kuasa bergantung pada kegagalan kuasa primer tetapi juga membuat pertukaran jika voltan primer turun dengan ketara.

Pin akal memberikan kuasa ke litar dalaman jika VIN tidak mendapat voltan dan juga merasakan voltan unit bekalan kuasa utama.

Kapasitor output yang lebih besar 2200uF 25V akan memberikan penapisan yang mencukupi semasa fasa pemadaman. Pada masa yang kecil ketika pertukaran akan berlaku, kapasitor akan memberi kuasa kepada beban.

Reka Bentuk Papan PCB

Untuk menguji litar, kita memerlukan PCB kerana IC LTC4412 ada dalam paket SMD. Pada gambar di bawah, bahagian atas papan ditunjukkan-

Reka bentuknya dibuat sebagai papan satu sisi. Terdapat 3 jumper wayar juga diperlukan dalam PCB. Dua input tambahan dan pin output juga disediakan untuk operasi yang berkaitan dengan kawalan dan status. Unit mikrokontroler dapat dihubungkan dalam dua pin tersebut jika diperlukan, tetapi kami tidak akan melakukannya dalam tutorial ini.

Pada gambar di atas, bahagian bawah PCB ditunjukkan di mana dua MOSFET Q1 dan Q2 dipaparkan. Walau bagaimanapun, MOSFET tidak memerlukan pendingin tambahan tetapi dalam reka bentuk, pendingin PCB dibuat. Ini akan mengurangkan pelesapan kuasa di seluruh MOSFET.

Ujian Pengawal Laluan Daya

Kedua-dua gambar di atas menunjukkan PCB pengawal jalan kuasa yang telah dirancang sebelumnya. Walau bagaimanapun, PCB adalah versi terukir tangan dan ia akan memenuhi tujuannya. Komponen disolder dengan betul di PCB.

Untuk menguji litar, beban DC Laras disambungkan di seluruh output yang menarik arus hampir 1 Amp. Sekiranya anda tidak mempunyai beban DC Digital, anda juga dapat membuat beban DC Laras anda sendiri menggunakan Arduino.

Untuk tujuan pengujian, saya menghadapi kekurangan bateri (ia adalah kunci COVID-19 di sini), dan oleh itu bekalan kuasa bangku digunakan yang mempunyai dua output. Satu saluran ditetapkan ke 9V dan saluran lain ditetapkan ke 12V. Saluran 12V terputus untuk melihat hasilnya pada output dan menyambung semula saluran tersebut untuk memeriksa prestasi litar.

Anda boleh melihat video yang dipautkan di bawah ini untuk demonstrasi terperinci mengenai bagaimana rangkaian berfungsi. Saya harap anda menikmati projek ini dan mempelajari sesuatu yang berguna. Sekiranya anda mempunyai sebarang pertanyaan, tinggalkan di bahagian komen di bawah atau gunakan forum kami untuk pertanyaan teknikal yang lain.