在很多情況下，我們的電路設(shè)計(jì)有兩個(gè)電源，例如一個(gè)適配器和一個(gè)電池，甚至可以是來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同插座的兩個(gè)其他電源。應(yīng)用程序的要求可能類(lèi)似于它應(yīng)該始終需要在電源故障期間通過(guò)使用可用的額外電源保持開(kāi)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(shí)切換到電池或輔助電源而不中斷電路的運(yùn)行。

在上述這些情況下，電源路徑控制器電路將很有幫助?；旧?，電源路徑控制電路將根據(jù)可用電源通過(guò)控制電源進(jìn)入電路的路徑來(lái)切換電路板的主電源。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將構(gòu)建一個(gè)專(zhuān)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(fù)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(gè)非常重要的電路，用于在輸入電源從初級(jí)變?yōu)檩o助或從輔助變?yōu)槌跫?jí)期間支持不間斷電源應(yīng)用狀態(tài)。換句話說(shuō)，它可以像Arduino 和 Raspberry Pi項(xiàng)目的 UPS 一樣工作，也可以用于從單個(gè)充電器為多個(gè)電池充電。

要求

電路的要求規(guī)定如下-

負(fù)載電流將高達(dá) 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(lái)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(gè)直流電源之間自動(dòng)切換并簡(jiǎn)化負(fù)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(mǎn)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(gè)輸入源，一個(gè)是主源，另一個(gè)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(gè)例子中是電池）。因此，只要存在主電源，輔助電源就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。這兩個(gè)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(fù)載與主電源相連。

LTC4412 有兩個(gè)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(qiáng)制 MOSFET 關(guān)閉，而狀態(tài)引腳是開(kāi)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(hào)。LTC4412 還為電池提供反極性保護(hù)。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(jì)，例如過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、反極性保護(hù)、短路保護(hù)，熱插拔控制器等可能會(huì)派上用場(chǎng)

另一個(gè)組件是使用兩個(gè) P 溝道 MOSFET 來(lái)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(fù)載開(kāi)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(wú)需額外的散熱器。

因此，詳細(xì)的 BOM 是-

LTC4412

P 溝道 MOSFET- FDC610PZ - 2 個(gè)

100k電阻

2200uF電容

Relimate 連接器 - 3 個(gè)

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(dāng)主電源電壓比輔助電源電壓低 20mV 時(shí)，LTC4412 就會(huì)將輸出負(fù)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(kāi)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(fù)載就會(huì)再次與主電源連接。然后狀態(tài)引腳進(jìn)入開(kāi)漏狀態(tài)并關(guān)閉 P 溝道 MOSFET。

這兩種情況不僅會(huì)根據(jù)初級(jí)電源故障自動(dòng)切換電源，而且會(huì)在初級(jí)電壓大幅下降時(shí)進(jìn)行切換。

如果 VIN 沒(méi)有獲得任何電壓，則檢測(cè)引腳為內(nèi)部電路供電，并且還檢測(cè)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(shí)間內(nèi)，電容器將為負(fù)載供電。

PCB板設(shè)計(jì)

為了測(cè)試電路，我們需要一塊 PCB，因?yàn)?LTC4412 IC 采用 SMD 封裝。在下圖中，顯示了板的頂部 -

該設(shè)計(jì)是作為單面板完成的。PCB 中還需要 3 個(gè)跳線。還為控制和狀態(tài)相關(guān)操作提供了兩個(gè)額外的可選輸入和輸出引腳。如果需要，可以在這兩個(gè)引腳中連接微控制器單元，但在本教程中我們不會(huì)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(gè) MOSFET。但是，MOSFET 不需要額外的散熱器，但在設(shè)計(jì)中，會(huì)創(chuàng)建 PCB 散熱器。這些將降低 MOSFET 的功耗。

電源路徑控制器測(cè)試

上面兩張圖片顯示了之前設(shè)計(jì)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(dá)到目的。組件已正確焊接在 PCB 中。

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

出于測(cè)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(gè)輸出的臺(tái)式電源。一個(gè)通道設(shè)置為 9V，另一個(gè)設(shè)置為 12V。斷開(kāi) 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。