- Vaatimukset
- LTC4412 Power Path Controller
- LTC4412 Power Path Controller -piirikaavio
- Piirilevyn suunnittelu
- Power Path Controller -testaus
On monia tilanteita, joissa piirisuunnittelullamme on kaksi virtalähdettä, kuten adapteri ja akku, tai se voi olla jopa kaksi muuta virtalähdettä kahdesta eri pistorasiasta. Sovelluksen vaatimus voi olla jotain sellaista, että sen on aina pysyttävä päällä virtakatkosten aikana käyttämällä käytettävissä olevaa ylimääräistä virtalähdettä. Esimerkiksi virtapiirin, joka saa virtaa sovittimella, on vaihdettava paristoon tai apuvirtalähteeseen keskeyttämättä piirin toimintaa sähkökatkoksen sattuessa.
Näissä edellä mainituissa tapauksissa Power Path Controller -piiri on hyödyllinen. Pohjimmiltaan tehopolun ohjauspiiri kytkee piirilevyn päätehon käytettävissä olevan virtalähteen mukaan ohjaamalla polkua, josta teho tulee piiriin.
Tässä projektissa rakennamme erillisen tehopolun ohjainjärjestelmän, joka vaihtaa kuorman virransyötön ensiötehosta lisätehoksi ensisijaisen virtakatkoksen aikana ja vaihtaa jälleen myös virtalähteen aputoiminnon ensiötehoksi ensisijaisen tehon palautusvaiheen aikana. Tämä on erittäin tärkeä piiri, joka on rakennettava tukemaan keskeytymätöntä virtalähteen sovellustilaa tulotehon muuttuessa ensisijaisesta apu- tai apu- tai ensisijaiseksi. Toisin sanoen, se voi toimia kuten UPS Arduino- ja Raspberry Pi -projekteissa ja sitä voidaan käyttää myös useiden akkujen lataamiseen yhdestä laturista.
Vaatimukset
Piirin vaatimus määritetään seuraavasti:
- Kuormitusvirta on enintään 3 A.
- Suurin jännite on 12 V sovittimelle (ensisijainen teho) ja 9 V akuksi (toissijainen virta)
LTC4412 Power Path Controller
Piirille valittu pääohjain on analogisten laitteiden (lineaariset tekniikat) LTC4412. Tämä on pienihäviöinen polunohjainjärjestelmä, joka vaihtaa automaattisesti kahden tasavirtalähteen välillä ja yksinkertaistaa kuormituksen jakamistoimia. Koska tämä laite tukee sovittimen jännitealuetta 3 voltista 28 volttiin ja tukee akun jännitettä 2,5 voltista 25 volttiin. Siten se palvelee yllä olevaa tulojännitteen vaatimusta. Alla olevassa kuvassa näkyy LTC4412: n pinout-kaavio -
Siinä on kuitenkin kaksi tulolähdettä, yksi on ensisijainen ja toinen apulaite. Ensisijaisella virtalähteellä (tapauksessamme seinäadapterilla) on etusija apuvirtalähteeseen (tässä tapauksessa akku) nähden. Siksi aina kun ensisijainen virtalähde on läsnä, apuvirtalähde katkaistaan automaattisesti. Näiden kahden tulojännitteen ero on vain 20mV. Siten, jos ensisijainen virtalähde saa 20 mV korkeamman kuin apuvirtalähde, kuorma kytkeytyy ensisijaiseen virtalähteeseen.
LTC4412: ssa on kaksi lisänastaa - ohjaus ja tila. Säätötappi voidaan käyttää ohjaamaan digitaalisesti tulo pakottaa MOSFET sammuttaa, kun taas tila tappi on avoin viemäri tuotannon pin, jota voidaan käyttää upota 10uA nykyisten ja sitä voidaan käyttää ohjaamaan ylimääräinen MOSFET kanssa ulkoinen vastus. Tämä voidaan myös liittää mikrokontrolleriin apuvirtalähteen läsnäolosignaalin saamiseksi. LTC4412 tarjoaa myös pariston napaisuuden suojauksen. Mutta koska työskentelemme virtalähteiden kanssa, tässä voit myös tarkistaa muita malleja, kuten ylijännitesuoja, ylivirtasuoja, käänteisen napaisuuden suoja, oikosulkusuojaus, pikavaihdon ohjain jne.
Toinen komponentti on käyttää kahta P-kanavan MOSFET: ää apu- ja ensisijaisten virtalähteiden ohjaamiseen. Tätä tarkoitusta varten FDC610PZ: tä käytetään P-kanavana, -30V, -4.9A MOSFET, joka soveltuu 3A: n kuormanvaihdon toimintaan. Sen RDS ON -vastus on alhainen, 42 miliohmia, mikä tekee siitä sopivan tähän sovellukseen ilman ylimääräistä jäähdytyselementtiä.
Siksi yksityiskohtainen BOM on
- LTC4412
- P-kanava MOSFET- FDC610PZ - 2 kpl
- 100k vastus
- 2200uF kondensaattori
- Relimate-liitin - 3 kpl
- PCB
LTC4412 Power Path Controller -piirikaavio
Piirillä on kaksi toimintaolosuhetta, toinen on primääritehon menetys ja toinen primääritehon palautus. Suurimman työn suorittaa ohjain LTC4412. LTC4412 yhdistää lähtökuorman aputehoon aina, kun ensiöjännite putoaa 20 mV vähemmän kuin aputehojännite. Tässä tilanteessa tilatappi uppoaa virran ja kytkee päälle MOSFET-apulaitteen.
Muissa työolosuhteissa, kun ensiöteho menee 20 mV ylimääräisen virtalähteen yläpuolelle, kuorma kytkeytyy jälleen päävirtalähteeseen. Tilatappi menee sitten avoimen tyhjennyksen tilaan ja sammuttaa P-kanavan MOSFETin.
Nämä kaksi tilannetta paitsi muuttavat virtalähdettä automaattisesti ensisijaisen virtakatkoksen mukaan, mutta myös vaihtavat, jos ensiöjännite laskee merkittävästi.
Aistitappi antaa virtaa sisäiselle piirille, jos VIN ei saa mitään jännitettä, ja tunnistaa myös ensiövirtalähteen jännitteen.
Suurempi 2200uF 25V: n lähtökondensaattori tarjoaa riittävän suodatuksen sammutusvaiheiden aikana. Pienellä kestolla, jolloin vaihto tapahtuu, kondensaattori antaa virtaa kuormalle.
Piirilevyn suunnittelu
Piirin testaamiseksi tarvitsemme piirilevyn, koska LTC4412 IC on SMD-paketissa. Alla olevassa kuvassa on levyn yläosa -
Suunnittelu tehdään yksipuolisena levynä. Piirilevyssä vaaditaan myös 3 langanjohtoa. Ohjaukseen ja tilaan liittyviin toimintoihin on myös saatavana kaksi lisävarusteena saatavaa tulo- ja lähtönastaa. Mikrokontrolleriyksikkö voidaan tarvittaessa liittää näihin kahteen nastaan, mutta emme tee sitä tässä opetusohjelmassa.
Yllä olevassa kuvassa näkyy piirilevyn alaosa, jossa näytetään kaksi Q1: n ja Q2: n MOSFETiä. MOSFETit eivät kuitenkaan vaadi ylimääräisiä jäähdytyselementtejä, mutta suunnittelussa luodaan piirilevyn jäähdytyselementti. Nämä vähentävät tehohäviötä MOSFET-laitteissa.
Power Path Controller -testaus
Kaksi yllä olevaa kuvaa esittävät aiemmin suunnitellun tehopolkuohjaimen piirilevyä. Piirilevy on kuitenkin käsin kaiverrettu versio, ja se palvelee tarkoitusta. Komponentit juotetaan oikein piirilevyyn.
Piirin testaamiseksi on kytkettävä säädettävä tasakuormitus lähdön yli, joka käyttää melkein 1 ampeerin virtaa. Jos sinulla ei ole digitaalista DC-kuormaa, voit myös rakentaa oman Säädettävän DC-kuorman Arduinolla.
Testaustarkoituksissa minulla oli pulaa akusta (tässä on COVID-19-lukitus), ja siksi käytetään penkkivirtalähdettä, jolla on kaksi lähtöä. Yksi kanava on asetettu 9 V: ksi ja toinen 12 V: ksi. 12 V: n kanava irrotetaan, jotta tulos voidaan nähdä lähtöön, ja kytketään kanava uudelleen piirin suorituskyvyn tarkistamiseksi.
Voit tarkistaa alla linkitetyn videon yksityiskohtaisen esityksen siitä, miten piiri toimii. Toivottavasti pidit projektista ja opit jotain hyödyllistä. Jos sinulla on kysyttävää, jätä ne alla olevaan kommenttiosioon tai käytä foorumeitamme muihin teknisiin kysymyksiin.