Sistema de controlador de ruta de alimentación que utiliza ltc4412 para cambiar entre alimentación primaria y auxiliar

Hay muchas situaciones en las que nuestro diseño de circuito tiene dos fuentes de alimentación, como un adaptador y una batería, o incluso pueden ser otras dos fuentes de alimentación de dos tomacorrientes diferentes. El requisito de la aplicación puede ser algo así como que siempre deba permanecer ENCENDIDO durante fallas de energía mediante el uso de una fuente de energía adicional que esté disponible. Por ejemplo, un circuito que se alimenta con un adaptador debe cambiar a una batería o una fuente de alimentación auxiliar sin interrumpir el funcionamiento del circuito en caso de un corte de energía.

En estos casos mencionados anteriormente, será útil un circuito controlador de ruta de alimentación. Básicamente, un circuito de control de ruta de potencia cambiará la potencia principal de la placa de circuito dependiendo de la fuente de potencia disponible controlando la ruta desde donde entra la potencia al circuito.

En este proyecto, construiremos un sistema de controlador de ruta de energía dedicado que cambiará la entrada de energía de la carga de energía primaria a energía auxiliar durante la falla de energía primaria y también cambiará nuevamente la fuente de energía auxiliar a primaria durante la fase de restauración de energía primaria. Este es un circuito muy esencial que debe construirse para soportar el estado de aplicación de la fuente de alimentación ininterrumpida durante el cambio de alimentación de entrada de primaria a auxiliar o de auxiliar a primaria. En otras palabras, puede funcionar como UPS para proyectos Arduino y Raspberry Pi y también se puede usar para cargar múltiples baterías desde un solo cargador.

Requisitos

El requisito del circuito se especifica a continuación:

1. La corriente de carga será de hasta 3A.
2. El voltaje máximo será de 12V para un adaptador (alimentación primaria) y 9V como batería (alimentación secundaria)

Controlador de ruta de alimentación LTC4412

El controlador principal que se selecciona para el circuito es el LTC4412 de Analog Devices (tecnologías lineales). Este es un sistema controlador de ruta de energía de baja pérdida que cambia automáticamente entre dos fuentes de CC y simplifica las operaciones de carga compartida. Como este dispositivo admite rangos de voltaje de adaptador de 3 voltios a 28 voltios y admite rangos de voltaje de batería de 2.5 voltios a 25 voltios. Por lo tanto, cumple con el requisito anterior de voltaje de entrada. En el siguiente imagen, el diagrama de pinout de LTC4412 es shown-

Sin embargo, tiene dos fuentes de entrada, una es la primaria y la otra es la auxiliar. La fuente de alimentación principal (adaptador de pared en nuestro caso) tiene prioridad sobre la fuente de alimentación auxiliar (batería en este caso). Por lo tanto, siempre que esté presente la fuente de alimentación principal, la fuente de alimentación auxiliar se desconectará automáticamente. La diferencia entre estos dos voltajes de entrada es de solo 20 mV. Por lo tanto, si la fuente de alimentación principal obtiene 20 mV más alta que la fuente de alimentación auxiliar, la carga se conecta con la fuente de alimentación principal.

El LTC4412 tiene dos pines adicionales: control y estado. El pin de control se puede usar para controlar digitalmente la entrada para forzar al MOSFET a apagarse, mientras que el pin de estado es un pin de salida de drenaje abierto que se puede usar para absorber 10uA de corriente y se puede usar para controlar un MOSFET adicional con un resistencia externa. Esto también se puede conectar con un microcontrolador para obtener la señal de presencia de la fuente de alimentación auxiliar. LTC4412 también proporciona protección de polaridad inversa para la batería. Pero como estamos trabajando con fuentes de alimentación, aquí también puede ver otros diseños como Protección contra sobretensión, Protección contra sobrecorriente, Protección contra polaridad inversa, Protección contra cortocircuitos, Controlador Hot Swap, etc. que pueden ser útiles

Otro componente es utilizar dos MOSFET de canal P para controlar las fuentes de alimentación auxiliares y primarias. Para este propósito, FDC610PZ se utiliza como un canal P, -30V, -4.9A MOSFET que es adecuado para el funcionamiento de 3A de conmutación de carga. Tiene una baja resistencia RDS _ON de 42 mili-ohms que lo hace adecuado para esta aplicación sin un disipador de calor adicional.

Por lo tanto, la lista de materiales detallada es-

1. LTC4412
2. MOSFET de canal P- FDC610PZ - 2 piezas
3. Resistencia de 100k
4. Condensador 2200uF
5. Relimate conector - 3 piezas
6. tarjeta de circuito impreso

Diagrama de circuito del controlador de ruta de alimentación LTC4412

El circuito tiene dos condiciones de funcionamiento, una es la pérdida de energía primaria y la otra es la recuperación de energía primaria. El trabajo principal lo realiza el controlador LTC4412. El LTC4412 conecta la carga de salida con la energía auxiliar siempre que el voltaje de la energía primaria caiga 20 mV menos que el voltaje de la energía auxiliar. En esta situación, el pin de estado absorbe corriente y enciende el MOSFET auxiliar.

En otras condiciones de trabajo, siempre que la entrada de alimentación principal supere los 20 mV de la fuente de alimentación auxiliar, la carga se volverá a conectar con la fuente de alimentación principal. El pin de estado luego pasa a la condición de drenaje abierto y apagará el MOSFET de canal P.

Estas dos situaciones no solo cambian automáticamente la fuente de alimentación en función de la falla de energía primaria, sino que también hacen la conmutación si el voltaje primario cae significativamente.

El pin de detección proporciona energía a los circuitos internos si el VIN no recibe ningún voltaje y también detecta el voltaje de la fuente de alimentación principal.

El condensador de salida más grande de 2200uF 25V proporcionará suficiente filtración durante las fases de apagado. En el breve período de tiempo en el que tendrá lugar el cambio, el condensador proporcionará energía a la carga.

Diseño de placa PCB

Para probar el circuito, necesitamos un PCB porque el LTC4412 IC está en el paquete SMD. En la imagen de abajo, se muestra el lado superior del tablero-

El diseño se realiza como un tablero de una sola cara. También se requieren puentes de 3 cables en la PCB. También se proporcionan dos entradas y pines de salida opcionales adicionales para las operaciones relacionadas con el control y el estado. Se puede conectar una unidad de microcontrolador en esos dos pines si es necesario, pero no lo haremos en este tutorial.

En la imagen de arriba, se muestra el lado inferior de la PCB donde se muestran dos MOSFET de Q1 y Q2. Sin embargo, los MOSFET no requieren disipadores de calor adicionales, pero en el diseño, se crea el disipador de calor de PCB. Estos reducirán la disipación de energía a través de los MOSFET.

Prueba del controlador de ruta de alimentación

Las dos imágenes anteriores muestran la PCB del controlador de ruta de alimentación que se diseñó anteriormente. Sin embargo, el PCB es una versión grabada a mano y cumplirá ese propósito. Los componentes se están soldando correctamente en la PCB.

Para probar el circuito, se conecta una carga de CC ajustable a través de la salida que consume casi 1 amperio de corriente. Si no tiene una carga de CC digital, también puede construir su propia carga de CC ajustable usando Arduino.

Para propósitos de prueba, enfrenté una escasez de batería (aquí está el bloqueo COVID-19) y, por lo tanto, se usa una fuente de alimentación de banco que tiene dos salidas. Un canal está configurado en 9V y el otro en 12V. El canal de 12V se desconecta para ver el resultado en la salida y se vuelve a conectar el canal para comprobar el funcionamiento del circuito.

Puede ver el video vinculado a continuación para obtener una demostración detallada de cómo funciona el circuito. Espero que hayas disfrutado del proyecto y hayas aprendido algo útil. Si tiene alguna pregunta, déjela en la sección de comentarios a continuación o use nuestros foros para otras preguntas técnicas.