우리의 회로 설계에 어댑터와 배터리와 같은 두 개의 전원이 있거나 두 개의 다른 콘센트에서 두 개의 다른 전원 공급 장치가있을 수있는 상황이 많이 있습니다. 애플리케이션의 요구 사항 은 사용 가능한 추가 전원을 사용하여 정전시 항상 ON 상태 를 유지 해야하는 것과 같은 것일 수 있습니다. 예를 들어 어댑터를 사용하여 전원이 공급되는 회로 는 정전시 회로 작동을 중단하지 않고 배터리 또는 보조 전원 공급 장치 로 전환 해야합니다.
이러한 경우에 전력 경로 컨트롤러 회로가 도움이 될 것입니다. 기본적으로 전원 경로 제어 회로 는 전원이 회로로 들어오는 경로를 제어하여 사용 가능한 전원에 따라 회로 기판의 주 전원을 전환합니다.
이 프로젝트에서는 1 차 정전시 부하의 전원 입력을 1 차 전원에서 보조 전원으로 전환하고 1 차 전원 복원 단계에서 전원 보조 전원을 1 차 전원으로 다시 변경하는 전용 전원 경로 컨트롤러 시스템을 구축 할 것입니다.. 이것은 입력 전원이 1 차에서 보조로 또는 보조에서 1 차로 변경되는 동안 무정전 전원 공급 장치 애플리케이션 상태 를 지원하기 위해 구축해야하는 매우 필수적인 회로 입니다. 즉, Arduino 및 Raspberry Pi 프로젝트 용 UPS 처럼 작동 할 수 있으며 단일 충전기로 충전하는 여러 배터리에도 사용할 수 있습니다.
요구 사항
회로의 요구 사항은 다음과 같이 지정됩니다.
- 부하 전류는 최대 3A입니다.
- 최대 전압은 어댑터 (1 차 전원)의 경우 12V, 배터리 (2 차 전원)의 경우 9V입니다.
LTC4412 전력 경로 컨트롤러
회로 용으로 선택된 메인 컨트롤러는 Analog Devices (선형 기술) 의 LTC4412입니다. 이것은 두 개의 DC 소스 사이 를 자동으로 전환 하고 부하 공유 작업을 단순화하는 저손실 전력 경로 컨트롤러 시스템입니다. 이 장치는 3V ~ 28V의 어댑터 전압 범위를 지원하고 2.5V ~ 25V의 배터리 전압 범위를 지원합니다. 따라서 위의 입력 전압 요구 사항을 충족합니다. 아래 이미지에서 LTC4412 의 핀아웃 다이어그램 이 표시됩니다.
그러나 두 개의 입력 소스가 있는데, 하나는 기본이고 다른 하나는 보조입니다. 주 전원 (이 경우 벽면 어댑터)이 보조 전원 (이 경우 배터리)보다 우선합니다. 따라서 주 전원이있을 때마다 보조 전원이 자동으로 분리됩니다. 이 두 입력 전압의 차이는 20mV에 불과합니다. 따라서 1 차 전원이 보조 전원보다 20mV 더 높아지면 부하는 1 차 전원에 연결됩니다.
LTC4412에는 제어 및 상태라는 두 개의 추가 핀이 있습니다. 제어 핀 반면, 디지털 끌 MOSFET를 강제로 입력을 제어하는 데 사용할 수있는 상태 핀 전류 10uA의 싱크대 사용할 수와 함께 추가의 MOSFET를 제어하는 데 사용될 수있는 오픈 드레인 출력 핀이고 외부 저항기. 또한 보조 전원의 존재 신호를 얻기 위해 마이크로 컨트롤러와 인터페이스 할 수 있습니다. LTC4412는 배터리에 대한 역 극성 보호 도 제공합니다. 그러나 우리는 전원 공급 장치를 사용하기 때문에 여기에서 과전압 보호, 과전류 보호, 역 극성 보호, 단락 회로 보호, 핫 스왑 컨트롤러 등과 같은 다른 설계도 확인할 수 있습니다.
또 다른 구성 요소는 보조 및 1 차 전원을 제어하기 위해 2 개의 P- 채널 MOSFET을 사용하는 것입니다. 이를 위해 FDC610PZ 는 부하 스위칭의 3A 동작에 적합한 P 채널, -30V, -4.9A MOSFET으로 사용됩니다. 42 밀리 옴의 낮은 RDS ON 저항을 가지고있어 추가 히트 싱크없이이 애플리케이션에 적합합니다.
따라서 세부 BOM은 다음과 같습니다.
- LTC4412
- P 채널 MOSFET- FDC610PZ-2 개
- 100k 저항
- 2200uF 커패시터
- Relimate 커넥터-3 개
- PCB
LTC4412 전력 경로 컨트롤러 회로 다이어그램
회로에는 두 가지 작동 조건이 있습니다. 하나는 1 차 전원 손실이고 다른 하나는 1 차 전원 복구입니다. 주요 작업은 컨트롤러 LTC4412에 의해 수행됩니다. LTC4412는 주 전원 전압이 보조 전원 전압보다 20mV 낮을 때마다 출력 부하를 보조 전원과 연결합니다. 이 상황에서 상태 핀은 전류를 싱크하고 보조 MOSFET을 켭니다.
다른 작업 조건에서는 주 전원 입력이 보조 전원보다 20mV 더 높을 때마다 부하는 다시 주 전원에 연결됩니다. 그러면 상태 핀이 오픈 드레인 상태로 들어가 P 채널 MOSFET을 끕니다.
이 두 가지 상황은 1 차 전원 장애에 따라 자동으로 전원을 변경할뿐만 아니라 1 차 전압이 크게 떨어지면 전환을 수행합니다.
감지 핀은 VIN이 전압을 얻지 못하고 주 전원 공급 장치의 전압도 감지하는 경우 내부 회로에 전원을 제공합니다.
2200uF 25V의 더 큰 출력 커패시터는 스위치 오프 단계 동안 충분한 여과를 제공합니다. 전환이 발생하는 짧은 시간에 커패시터가 부하에 전력을 공급합니다.
PCB 보드 설계
회로를 테스트하려면 LTC4412 IC가 SMD 패키지에 있기 때문에 PCB가 필요합니다. 아래 이미지에서 보드의 윗면이 표시됩니다.
디자인은 단면 보드로 이루어집니다. PCB에도 3 개의 와이어 점퍼가 필요합니다. 제어 및 상태 관련 작업을 위해 2 개의 추가 옵션 입력 및 출력 핀도 제공됩니다. 마이크로 컨트롤러 장치는 필요한 경우이 두 핀에서 인터페이스 할 수 있지만이 자습서에서는 수행하지 않습니다.
위 이미지에서 PCB의 하단은 Q1과 Q2의 두 MOSFET이 표시된 모습입니다. 그러나 MOSFET은 추가 방열판이 필요하지 않지만 설계에서 PCB 방열판이 생성됩니다. 이는 MOSFET 전체의 전력 손실을 줄여줍니다.
전력 경로 컨트롤러 테스트
위의 두 이미지는 이전에 설계된 전력 경로 컨트롤러의 PCB를 보여줍니다. 그러나 PCB는 손으로 에칭 한 버전이며 목적에 부합합니다. 구성 요소가 PCB에서 제대로 납땜되고 있습니다.
회로를 테스트하기 위해 조정 가능한 DC 부하가 거의 1Amp의 전류를 소비하는 출력에 연결됩니다. 디지털 DC 부하가없는 경우 Arduino를 사용하여 자신 만의 조정 가능한 DC 부하를 구축 할 수도 있습니다.
테스트 목적으로 배터리 부족 (여기서는 COVID-19 잠금)에 직면했기 때문에 출력이 2 개인 벤치 전원 공급 장치가 사용됩니다. 한 채널은 9V로 설정되고 다른 채널은 12V로 설정됩니다. 출력 결과를보기 위해 12V 채널을 분리하고 회로 성능을 확인하기 위해 채널을 다시 연결합니다.
회로 작동 방식에 대한 자세한 데모는 아래 링크 된 비디오를 확인하십시오. 프로젝트를 즐겼고 유용한 것을 배웠기를 바랍니다. 질문이 있으시면 아래 댓글 섹션에 남겨 주시거나 다른 기술 질문에 대해 포럼을 사용하십시오.