采用LTC4412實現(xiàn)主輔電源切換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，如適配器和電池，或者它甚至可以是來自兩個不同插座的兩個其他電源。應(yīng)用程序的要求可能是這樣的：在電源故障期間，它應(yīng)該始終需要通過使用可用的額外電源保持打開狀態(tài)。例如，使用適配器供電的電路需要在電源故障的情況下切換到電池或輔助電源，而不會中斷電路的運行。

在上述情況下，電源路徑控制器電路將是有幫助的?；旧?，電源路徑控制電路將通過控制電源進入電路的路徑，根據(jù)可用的電源來切換電路板的主電源。

在本項目中，我們將搭建一個專用的電源路徑控制器系統(tǒng)，在主電源故障時將負(fù)載的電源輸入從一次電源切換到輔助電源，在主電源恢復(fù)階段再次將輔助電源切換到一次電源。在輸入電源由一次電源變?yōu)檩o助電源或輔助電源變?yōu)橐淮坞娫吹倪^程中，這是支持不間斷電源應(yīng)用狀態(tài)的必要電路。換句話說，它可以像Arduino和樹莓派項目的UPS一樣工作，也可以用一個充電器為多個電池充電。

需求

電路的要求規(guī)定如下

1.負(fù)載電流將達(dá)到3A。

2.適配器(主電源)的最大電壓為12V，電池(次電源)的最大電壓為9V。

LTC4412電源路徑控制器

為電路選擇的主控制器是來自Analog Devices(線性技術(shù))的LTC4412。這是一種低損耗功率路徑控制器系統(tǒng)，可在兩個直流電源之間自動切換，簡化負(fù)載分擔(dān)操作。由于本設(shè)備支持適配器電壓范圍為3伏至28伏，支持電池電壓范圍為2.5伏至25伏。因此，它滿足上述輸入電壓的要求。如下圖所示，LTC4412的引腳圖。

然而，它有兩個輸入源，一個是主電源，另一個是輔助電源。主電源(在本例中為墻上適配器)優(yōu)先于輔助電源(在本例中為電池)。因此，每當(dāng)主電源存在時，輔助電源將自動斷開。這兩個輸入電壓的差值只有20mV。因此，如果一次電源比輔助電源高20mV，則負(fù)載接一次電源。

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，以迫使MOSFET關(guān)閉，而狀態(tài)引腳是一個開漏輸出引腳，可用于吸收10uA的電流，并可用于控制帶有外部電阻的附加MOSFET。這也可以與微控制器接口，以獲得輔助電源的存在信號。LTC4412還為電池提供反極性保護。但由于我們正在使用電源，在這里您還可以查看其他設(shè)計，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，這些設(shè)計可能會派上用場

另一個組件是使用兩個p溝道m(xù)osfet來控制輔助電源和主電源。為此，采用FDC610PZ作為P通道，-30V, -4.9A的MOSFET，適用于3A的負(fù)載切換工作。它具有42毫歐姆的低RDSON電阻，這使得它適用于這種應(yīng)用，而無需額外的散熱器。

因此，詳細(xì)的BOM編碼為-

?LTC4412

?p溝道MOSFET- FDC610PZ - 2片

?100 k電阻

?2200年佛羅里達(dá)大學(xué)電容器

?連接器- 3個

?印刷電路板

LTC4412電源路徑控制器電路圖

電路有兩種運行狀態(tài)，一種是一次功率損失，另一種是一次功率恢復(fù)。主要工作由控制器LTC4412完成。當(dāng)主電源電壓比輔電源電壓低20mv時，LTC4412將輸出負(fù)載與輔電源連接。在這種情況下，狀態(tài)引腳吸收電流并導(dǎo)通輔助MOSFET。

在其他工況下，每次主電源輸入高于輔助電源20mv時，負(fù)載再次接通主電源。狀態(tài)引腳然后進入開漏狀態(tài)，并將關(guān)閉p溝道MOSFET。

這兩種情況不僅可以根據(jù)一次電源故障自動切換電源，而且可以在一次電壓明顯下降時進行切換。

如果VIN沒有得到任何電壓，則檢測引腳為內(nèi)部電路提供電源，并且還檢測主電源單元的電壓。

2200uF 25V的較大輸出電容將在開關(guān)關(guān)斷階段提供足夠的過濾。在切換發(fā)生的小持續(xù)時間內(nèi)，電容器將為負(fù)載提供電源。

PCB板設(shè)計

為了測試電路，我們需要一個PCB，因為LTC4412 IC在SMD封裝中。在下面的圖像中，板的頂部顯示-

該設(shè)計是作為單面板完成的。在PCB中還需要3個跳線器。另外還提供了兩個可選輸入和輸出引腳，用于控制和狀態(tài)相關(guān)操作。如果需要，微控制器單元可以在這兩個引腳中進行接口，但我們不會在本教程中這樣做。

在上圖中，PCB的底部顯示了Q1和Q2的兩個mosfet。然而，mosfet不需要額外的散熱器，但在設(shè)計中，創(chuàng)建了PCB散熱器。這將降低整個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。然而，PCB是一個手工蝕刻版本，它將服務(wù)于目的。電路板上的元器件焊接正確。

為了測試電路，在輸出端連接一個可調(diào)直流負(fù)載，該負(fù)載吸收近1安培的電流。如果你沒有數(shù)字直流負(fù)載，你也可以使用Arduino構(gòu)建自己的可調(diào)直流負(fù)載。

出于測試目的，我面臨電池短缺(這里是COVID-19封鎖)，因此使用了具有兩個輸出的工作臺電源。一個通道設(shè)置為9V，另一個通道設(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。

本文編譯自circuitdigest