構(gòu)建一個專用的電源路徑控制器系統(tǒng)

在很多情況下，我們的電路設(shè)計有兩個電源，例如一個適配器和一個電池，甚至可以是來自兩個不同插座的兩個其他電源。應(yīng)用程序的要求可能類似于它應(yīng)該始終需要在電源故障期間通過使用可用的額外電源保持開啟狀態(tài)。例如，使用適配器供電的電路需要在發(fā)生電源故障時切換到電池或輔助電源而不中斷電路的運行。

在上述這些情況下，電源路徑控制器電路將很有幫助?；旧希娫绰窂?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/data/4-10/" target="_blank">控制電路將根據(jù)可用電源通過控制電源進入電路的路徑來切換電路板的主電源。

在這個項目中，我們將構(gòu)建一個專用的電源路徑控制器系統(tǒng)，該系統(tǒng)將在主電源故障期間將負載的電源輸入從主電源切換到輔助電源，并在主電源恢復(fù)階段再次將電源從輔助切換到主電源。 這是一個非常重要的電路，用于在輸入電源從初級變?yōu)檩o助或從輔助變?yōu)槌跫壠陂g支持不間斷電源應(yīng)用狀態(tài)。換句話說，它可以像Arduino 和 Raspberry Pi項目的 UPS 一樣工作，也可以用于從單個充電器為多個電池充電。

要求

電路的要求規(guī)定如下-

負載電流將高達 3A。

適配器的最大電壓為 12V（主電源），電池的最大電壓為 9V（輔助電源）

LTC4412 電源路徑控制器

為該電路選擇的主控制器是來自 Analog Devices （線性技術(shù)）的LTC4412 。這是一種低損耗電源路徑控制器系統(tǒng)，可在兩個直流電源之間自動切換并簡化負載共享操作。由于該設(shè)備支持從 3 伏到 28 伏的適配器電壓范圍，并支持從 2.5 伏到 25 伏的電池電壓范圍。因此，它滿足了輸入電壓的上述要求。在下圖中，顯示了 LTC4412的引腳分配圖 -

但是，它有兩個輸入源，一個是主源，另一個是輔助源。主電源（在我們的例子中是墻上適配器）優(yōu)先于輔助電源（在這個例子中是電池）。因此，只要存在主電源，輔助電源就會自動斷開。這兩個輸入電壓之差僅為20mV。因此，如果主電源比輔助電源高 20mV，則負載與主電源相連。

LTC4412 有兩個額外的引腳——控制和狀態(tài)?？刂埔_可用于數(shù)字控制輸入以強制 MOSFET 關(guān)閉，而狀態(tài)引腳是開漏輸出引腳，可用于吸收 10uA 電流，并可用于控制帶有外部電阻。這也可以與微控制器接口，以獲取輔助電源的存在信號。LTC4412 還為電池提供反極性保護。但是由于我們正在使用電源，因此您還可以在這里查看其他設(shè)計，例如過壓保護、過流保護、反極性保護、短路保護，熱插拔控制器等可能會派上用場

另一個組件是使用兩個 P 溝道 MOSFET 來控制輔助電源和主電源。為此，F(xiàn)DC610PZ用作 P 溝道、-30V、-4.9A MOSFET，適用于 3A 負載開關(guān)的操作。它具有 42 毫歐的低 RDS ON電阻，使其適用于該應(yīng)用而無需額外的散熱器。

因此，詳細的 BOM 是-

LTC4412

P 溝道 MOSFET- FDC610PZ - 2 個

100k電阻

2200uF電容

Relimate 連接器 - 3 個

印刷電路板

LTC4412 電源路徑控制器電路圖

電路有兩種工作狀態(tài)，一種是主電源失電，另一種是主電源恢復(fù)。主要工作由控制器 LTC4412 完成。每當主電源電壓比輔助電源電壓低 20mV 時，LTC4412 就會將輸出負載與輔助電源相連。在這種情況下，狀態(tài)引腳吸收電流并打開輔助 MOSFET。

在其他工作條件下，只要主電源輸入高于輔助電源 20 mV，負載就會再次與主電源連接。然后狀態(tài)引腳進入開漏狀態(tài)并關(guān)閉 P 溝道 MOSFET。

這兩種情況不僅會根據(jù)初級電源故障自動切換電源，而且會在初級電壓大幅下降時進行切換。

如果 VIN 沒有獲得任何電壓，則檢測引腳為內(nèi)部電路供電，并且還檢測主電源單元的電壓。

2200uF 25V 的較大輸出電容器將在關(guān)閉階段提供足夠的濾波。在切換發(fā)生的小持續(xù)時間內(nèi)，電容器將為負載供電。

PCB板設(shè)計

為了測試電路，我們需要一塊 PCB，因為 LTC4412 IC 采用 SMD 封裝。在下圖中，顯示了板的頂部 -

該設(shè)計是作為單面板完成的。PCB 中還需要 3 個跳線。還為控制和狀態(tài)相關(guān)操作提供了兩個額外的可選輸入和輸出引腳。如果需要，可以在這兩個引腳中連接微控制器單元，但在本教程中我們不會這樣做。

在上圖中，顯示了 PCB 的底部，其中顯示了 Q1 和 Q2 的兩個 MOSFET。但是，MOSFET 不需要額外的散熱器，但在設(shè)計中，會創(chuàng)建 PCB 散熱器。這些將降低 MOSFET 的功耗。

電源路徑控制器測試

上面兩張圖片顯示了之前設(shè)計的電源路徑控制器的 PCB。但是，PCB 是手工蝕刻的版本，它可以達到目的。組件已正確焊接在 PCB 中。

為了測試電路，一個可調(diào)直流負載連接到輸出端，該輸出端消耗近 1 安培的電流。如果您沒有數(shù)字直流負載，您也可以使用 Arduino 構(gòu)建自己的可調(diào)直流負載。

出于測試目的，我遇到了電池短缺（這里是 COVID-19 鎖定），因此使用了具有兩個輸出的臺式電源。一個通道設(shè)置為 9V，另一個設(shè)置為 12V。斷開 12V 通道以查看輸出結(jié)果并重新連接通道以檢查電路的性能。