Système de contrôleur de chemin d'alimentation utilisant le LTC4412 pour basculer entre l'alimentation principale et auxiliaire

Il existe de nombreuses situations dans lesquelles la conception de notre circuit comporte deux sources d'alimentation telles qu'un adaptateur et une batterie ou peut même être deux autres alimentations à partir de deux prises différentes. L'exigence de l'application peut être quelque chose comme si elle devrait toujours rester allumée pendant les pannes de courant en utilisant une source d'alimentation supplémentaire disponible. Par exemple, un circuit alimenté à l'aide d'un adaptateur doit passer à une batterie ou à une alimentation auxiliaire sans interrompre le fonctionnement du circuit en cas de panne de courant.

Dans ces cas mentionnés ci-dessus, un circuit de contrôleur de chemin d'alimentation sera utile. Fondamentalement, un circuit de commande de chemin d'alimentation commutera l'alimentation principale de la carte de circuit imprimé en fonction de la source d'alimentation disponible en contrôlant le chemin à partir duquel l'alimentation arrive dans le circuit.

Dans ce projet, nous allons construire un système de contrôleur de chemin d'alimentation dédié qui commutera l'entrée d'alimentation de la charge de l'alimentation principale à l'alimentation auxiliaire pendant la panne de courant primaire et changera également à nouveau la source d'alimentation auxiliaire en primaire pendant la phase de restauration de l'alimentation principale.. Il s'agit d'un circuit très essentiel à construire pour prendre en charge l' état de l'application d' alimentation sans interruption pendant que l'alimentation d'entrée passe du primaire à l'auxiliaire ou de l'auxiliaire au primaire. En d'autres termes, il peut fonctionner comme UPS pour les projets Arduino et Raspberry Pi et il peut également être utilisé pour charger plusieurs batteries à partir d'un seul chargeur.

Exigences

L'exigence du circuit est spécifiée comme ci-dessous-

1. Le courant de charge sera jusqu'à 3A.
2. La tension maximale sera de 12V pour un adaptateur (alimentation primaire) et 9V comme batterie (alimentation secondaire)

Contrôleur de chemin de puissance LTC4412

Le contrôleur principal sélectionné pour le circuit est le LTC4412 d'Analog Devices (technologies linéaires). Il s'agit d'un système de contrôleur de chemin d'alimentation à faibles pertes qui bascule automatiquement entre deux sources CC et simplifie les opérations de partage de charge. Comme cet appareil prend en charge des plages de tension d'adaptateur de 3 volts à 28 volts et prend en charge des plages de tension de batterie de 2,5 volts à 25 volts. Ainsi, il répond à l'exigence ci-dessus de la tension d'entrée. Dans l'image ci-dessous, le schéma de brochage du LTC4412 est montré-

Cependant, il dispose de deux sources d'entrée, l'une est la principale et l'autre est l'auxiliaire. La source d'alimentation principale (adaptateur mural dans notre cas) a priorité sur la source d'alimentation auxiliaire (batterie dans ce cas). Par conséquent, chaque fois que la source d'alimentation principale est présente, la source d'alimentation auxiliaire sera automatiquement déconnectée. La différence entre ces deux tensions d'entrée n'est que de 20 mV. Ainsi, si la source d'alimentation principale est supérieure de 20 mV à la source d'alimentation auxiliaire, la charge est connectée à la source d'alimentation principale.

Le LTC4412 a deux broches supplémentaires - Contrôle et état. La broche de commande peut être utilisée pour contrôler numériquement l'entrée pour forcer le MOSFET à s'éteindre, tandis que la broche d'état est une broche de sortie à drain ouvert qui peut être utilisée pour absorber 10uA de courant et peut être utilisée pour contrôler un MOSFET supplémentaire avec un résistance externe. Celui-ci peut également être interfacé avec un microcontrôleur pour obtenir le signal de présence de la source d'alimentation auxiliaire. LTC4412 fournit également une protection contre l' inversion de polarité pour la batterie. Mais comme nous travaillons avec des alimentations, vous pouvez également consulter ici d'autres conceptions telles que la protection contre les surtensions, la protection contre les surintensités, la protection contre l'inversion de polarité, la protection contre les courts-circuits, le contrôleur Hot Swap, etc. qui pourraient être utiles

Un autre composant consiste à utiliser deux MOSFET à canal P pour contrôler les sources d'alimentation auxiliaire et primaire. À cette fin, le FDC610PZ est utilisé comme un MOSFET à canal P, -30V, -4,9A qui convient au fonctionnement de 3A de commutation de charge. Il a une faible résistance RDS _ON de 42 mili-ohms, ce qui le rend adapté à cette application sans dissipateur thermique supplémentaire.

Par conséquent, la nomenclature détaillée est-

1. LTC4412
2. MOSFET canal P- FDC610PZ - 2 pièces
3. Résistance 100k
4. Condensateur 2200uF
5. Connecteur Relimate - 3 pièces
6. PCB

Schéma du circuit du contrôleur de chemin de puissance LTC4412

Le circuit a deux conditions de fonctionnement, l'une est la perte de puissance primaire et l'autre est la récupération de l'alimentation primaire. Le travail principal est effectué par le contrôleur LTC4412. Le LTC4412 connecte la charge de sortie à l'alimentation auxiliaire chaque fois que la tension d'alimentation primaire chute de 20 mV inférieure à la tension d'alimentation auxiliaire. Dans cette situation, la broche d'état absorbe le courant et active le MOSFET auxiliaire.

Dans d'autres conditions de travail, chaque fois que l'entrée d'alimentation principale dépasse de 20 mV la source d'alimentation auxiliaire, la charge est à nouveau connectée à la source d'alimentation principale. La broche d'état passe alors dans la condition de drain ouvert et éteint le MOSFET de canal P.

Ces deux situations modifient non seulement automatiquement la source d'alimentation en fonction de la panne de courant primaire, mais effectuent également une commutation si la tension primaire chute de manière significative.

La broche de détection alimente les circuits internes si le VIN n'obtient aucune tension et détecte également la tension de l'unité d'alimentation principale.

Le condensateur de sortie plus grand de 2200uF 25V fournira une filtration suffisante pendant les phases de coupure. Au petit moment où le basculement aura lieu, le condensateur fournira de l'énergie à la charge.

Conception de carte PCB

Pour tester le circuit, nous avons besoin d'un PCB car le circuit intégré LTC4412 est dans le boîtier SMD. Dans l'image ci-dessous, la face supérieure de la carte est affichée-

La conception est faite comme une planche unilatérale. Il y a 3 cavaliers de fil également requis dans le PCB. Deux entrées et broches de sortie optionnelles supplémentaires sont également fournies pour les opérations de contrôle et d'état. Une unité de microcontrôleur peut être interfacée dans ces deux broches si nécessaire, mais nous ne le ferons pas dans ce tutoriel.

Dans l'image ci-dessus, le côté inférieur du PCB est montré où deux MOSFET de Q1 et Q2 sont affichés. Cependant, les MOSFET ne nécessitent pas de dissipateurs de chaleur supplémentaires, mais dans la conception, le dissipateur de chaleur PCB est créé. Ceux-ci réduiront la dissipation de puissance à travers les MOSFET.

Test du contrôleur de chemin d'alimentation

Les deux images ci-dessus montrent le PCB du contrôleur de chemin de puissance qui a été conçu précédemment. Cependant, le PCB est une version gravée à la main et il remplira cet objectif. Les composants sont correctement soudés dans le PCB.

Pour tester le circuit, une charge CC réglable est connectée à travers la sortie qui consomme près de 1 ampère de courant. Si vous n'avez pas de charge CC numérique, vous pouvez également créer votre propre charge CC réglable à l'aide d'Arduino.

À des fins de test, j'ai été confronté à une pénurie de batterie (c'est le verrouillage COVID-19 ici), et par conséquent, une alimentation de banc est utilisée avec deux sorties. Un canal est réglé sur 9V et l'autre sur 12V. Le canal 12V est déconnecté pour voir le résultat sur la sortie et reconnecté le canal pour vérifier les performances du circuit.

Vous pouvez consulter la vidéo ci-dessous pour une démonstration détaillée du fonctionnement du circuit. J'espère que vous avez apprécié le projet et appris quelque chose d'utile. Si vous avez des questions, laissez-les dans la section commentaires ci-dessous ou utilisez nos forums pour d'autres questions techniques.