采用LTC4412实现主辅电源切换的电源路径控制器系统
扫描二维码
随时随地手机看文章
在很多情况下，我们的电路设计有两个电源，如适配器和电池，或者它甚至可以是来自两个不同插座的两个其他电源。应用程序的要求可能是这样的：在电源故障期间，它应该始终需要通过使用可用的额外电源保持打开状态。例如，使用适配器供电的电路需要在电源故障的情况下切换到电池或辅助电源，而不会中断电路的运行。
在上述情况下，电源路径控制器电路将是有帮助的。基本上，电源路径控制电路将通过控制电源进入电路的路径，根据可用的电源来切换电路板的主电源。
在本项目中，我们将搭建一个专用的电源路径控制器系统，在主电源故障时将负载的电源输入从一次电源切换到辅助电源，在主电源恢复阶段再次将辅助电源切换到一次电源。在输入电源由一次电源变为辅助电源或辅助电源变为一次电源的过程中，这是支持不间断电源应用状态的必要电路。换句话说，它可以像Arduino和树莓派项目的UPS一样工作，也可以用一个充电器为多个电池充电。
需求
电路的要求规定如下
1.负载电流将达到3A。
2.适配器(主电源)的最大电压为12V，电池(次电源)的最大电压为9V。
LTC4412电源路径控制器
为电路选择的主控制器是来自Analog Devices(线性技术)的LTC4412。这是一种低损耗功率路径控制器系统，可在两个直流电源之间自动切换，简化负载分担操作。由于本设备支持适配器电压范围为3伏至28伏，支持电池电压范围为2.5伏至25伏。因此，它满足上述输入电压的要求。如下图所示，LTC4412的引脚图。
然而，它有两个输入源，一个是主电源，另一个是辅助电源。主电源(在本例中为墙上适配器)优先于辅助电源(在本例中为电池)。因此，每当主电源存在时，辅助电源将自动断开。这两个输入电压的差值只有20mV。因此，如果一次电源比辅助电源高20mV，则负载接一次电源。
LTC4412有两个额外的引脚-控制和状态。控制引脚可用于数字控制输入，以迫使MOSFET关闭，而状态引脚是一个开漏输出引脚，可用于吸收10uA的电流，并可用于控制带有外部电阻的附加MOSFET。这也可以与微控制器接口，以获得辅助电源的存在信号。LTC4412还为电池提供反极性保护。但由于我们正在使用电源，在这里您还可以查看其他设计，如过压保护，过流保护，反极性保护，短路保护，热插拔控制器等，这些设计可能会派上用场
另一个组件是使用两个p沟道mosfet来控制辅助电源和主电源。为此，采用FDC610PZ作为P通道，-30V, -4.9A的MOSFET，适用于3A的负载切换工作。它具有42毫欧姆的低RDSON电阻，这使得它适用于这种应用，而无需额外的散热器。
因此，详细的BOM编码为-
•LTC4412
•p沟道MOSFET- FDC610PZ - 2片
•100 k电阻
•2200年佛罗里达大学电容器
•连接器- 3个
•印刷电路板
LTC4412电源路径控制器电路图
电路有两种运行状态，一种是一次功率损失，另一种是一次功率恢复。主要工作由控制器LTC4412完成。当主电源电压比辅电源电压低20mv时，LTC4412将输出负载与辅电源连接。在这种情况下，状态引脚吸收电流并导通辅助MOSFET。
在其他工况下，每次主电源输入高于辅助电源20mv时，负载再次接通主电源。状态引脚然后进入开漏状态，并将关闭p沟道MOSFET。
这两种情况不仅可以根据一次电源故障自动切换电源，而且可以在一次电压明显下降时进行切换。
如果VIN没有得到任何电压，则检测引脚为内部电路提供电源，并且还检测主电源单元的电压。
2200uF 25V的较大输出电容将在开关关断阶段提供足够的过滤。在切换发生的小持续时间内，电容器将为负载提供电源。
PCB板设计
为了测试电路，我们需要一个PCB，因为LTC4412 IC在SMD封装中。在下面的图像中，板的顶部显示-
该设计是作为单面板完成的。在PCB中还需要3个跳线器。另外还提供了两个可选输入和输出引脚，用于控制和状态相关操作。如果需要，微控制器单元可以在这两个引脚中进行接口，但我们不会在本教程中这样做。
在上图中，PCB的底部显示了Q1和Q2的两个mosfet。然而，mosfet不需要额外的散热器，但在设计中，创建了PCB散热器。这将降低整个mosfet的功耗。
电源路径控制器测试
上面两张图片显示了之前设计的电源路径控制器的PCB。然而，PCB是一个手工蚀刻版本，它将服务于目的。电路板上的元器件焊接正确。
为了测试电路，在输出端连接一个可调直流负载，该负载吸收近1安培的电流。如果你没有数字直流负载，你也可以使用Arduino构建自己的可调直流负载。
出于测试目的，我面临电池短缺(这里是COVID-19封锁)，因此使用了具有两个输出的工作台电源。一个通道设置为9V，另一个通道设置为12V。断开12V通道以查看输出结果，并重新连接通道以检查电路的性能。
本文编译自circuitdigest
下载文档
