私たちの回路設計には、アダプターとバッテリーなどの2つの電源がある場合や、2つの異なるコンセントからの2つの他の電源である場合もあります。アプリケーションの要件は、使用可能な追加の電源を使用して、停電時に常にオンのままにする必要があるようなものにすることができます。たとえば、アダプタを使用して電力が供給される回路は、停電時に回路の動作を中断することなく、バッテリまたは補助電源に切り替える必要があります。
これらの上記の場合、パワーパスコントローラ回路が役立ちます。基本的に、電源パス制御回路は、電源が回路に入るパスを制御することにより、使用可能な電源に応じて回路基板の主電源を切り替えます。
このプロジェクトでは、一次停電時に負荷の電源入力を一次電源から補助電源に切り替え、一次電源復旧フェーズ中に補助電源を再び一次電源に変更する専用の電源パスコントローラシステムを構築します。 。これは、入力電力が一次から補助に、または補助から一次に変化している間、無停電電源装置のアプリケーション状態をサポートするために構築する必要のある非常に重要な回路です。つまり、ArduinoおよびRaspberry PiプロジェクトのUPSのように機能し、単一の充電器から複数のバッテリーを充電するためにも使用できます。
要件
回路の要件は以下のように指定されています-
- 負荷電流は最大3Aになります。
- 最大電圧は、アダプター（一次電源）で12V、バッテリー（二次電源）で9Vになります。
LTC4412パワーパスコントローラー
回路用に選択されているメインコントローラーは、アナログ・デバイセズ（リニアテクノロジー）のLTC4412です。これは、2つのDC電源を自動的に切り替え、負荷分散操作を簡素化する低損失の電力経路コントローラーシステムです。このデバイスは3ボルトから28ボルトの範囲のアダプター電圧をサポートし、2.5ボルトから25ボルトの範囲のバッテリー電圧をサポートします。したがって、上記の入力電圧の要件を満たします。以下の画像では、LTC4412のピン配置図が示されています-
ただし、2つの入力ソースがあり、1つはプライマリで、もう1つは補助です。一次電源（この場合はACアダプタ）は、補助電源（この場合はバッテリー）よりも優先されます。したがって、主電源が存在する場合は常に、補助電源が自動的に切断されます。これら2つの入力電圧の差はわずか20mVです。したがって、一次電源が補助電源より20mV高くなると、負荷は一次電源に接続されます。
LTC4412には、制御とステータスの2つの追加ピンがあります。制御ピンは、一方、デジタルオフにMOSFETを強制的に入力を制御するために使用することができるステータスピンは現在の10UAをシンクするために使用することができるととともに、追加のMOSFETを制御するために使用することができるオープンドレイン出力端子であります外部抵抗。これは、補助電源のプレゼンス信号を取得するためにマイクロコントローラーと接続することもできます。 LTC4412は、バッテリの逆極性保護も提供します。ただし、電源を使用しているため、ここでは、過電圧保護、過電流保護、逆極性保護、短絡保護、ホットスワップコントローラーなど、便利な他の設計も確認できます。
もう1つのコンポーネントは、補助電源と一次電源を制御するために2つのPチャネルMOSFETを使用することです。この目的のために、FDC610PZは、3Aの負荷スイッチングの動作に適したPチャネル、-30V、-4.9AMOSFETとして使用されます。RDS ON抵抗は42ミリオームと低く、ヒートシンクを追加せずにこのアプリケーションに適しています。
したがって、詳細なBOMは-
- LTC4412
- PチャネルMOSFET-FDC610PZ-2個
- 100k抵抗
- 2200uFコンデンサ
- リリメートコネクタ-3個
- PCB
LTC4412パワーパスコントローラの回路図
回路には2つの動作条件があります。1つは一次電源の喪失であり、もう1つは一次電源の回復です。主な仕事はコントローラーLTC4412によって行われます。LTC4412は、一次電源電圧が補助電源電圧より20 mV低くなると、出力負荷を補助電源に接続します。この状況では、ステータスピンは電流をシンクし、補助MOSFETをオンにします。
他の動作条件では、一次電源入力が補助電源より20 mV高くなると、負荷は再び一次電源に接続されます。その後、ステータスピンはオープンドレイン状態になり、PチャネルMOSFETがオフになります。
これらの2つの状況は、一次停電に応じて電源を自動的に変更するだけでなく、一次電圧が大幅に低下した場合にスイッチオーバーを行います。
センスピンは、VINに電圧が供給されない場合に内部回路に電力を供給し、一次電源ユニットの電圧も検出します。
2200uF 25Vのより大きな出力コンデンサは、スイッチオフフェーズ中に十分なろ過を提供します。スイッチオーバーが行われる短い持続時間で、コンデンサは負荷に電力を供給します。
PCBボードの設計
LTC4412 ICはSMDパッケージに含まれているため、回路をテストするにはPCBが必要です。下の画像では、ボードの上面が示されています-
デザインは片面ボードとして行われます。PCBにも3つのワイヤージャンパーが必要です。制御およびステータス関連の操作用に、2つの追加のオプションの入力ピンと出力ピンも用意されています。マイクロコントローラーユニットは、必要に応じてこれら2つのピンに接続できますが、このチュートリアルではこれを行いません。
上の画像では、PCBの下側が示され、Q1とQ2の2つのMOSFETが表示されています。ただし、MOSFETは追加のヒートシンクを必要としませんが、設計ではPCBヒートシンクが作成されます。これらにより、MOSFET間の消費電力が削減されます。
パワーパスコントローラーのテスト
上記の2つの画像は、以前に設計されたパワーパスコントローラーのPCBを示しています。ただし、PCBは手作業でエッチングされたバージョンであり、目的を果たします。コンポーネントはPCBに適切にはんだ付けされています。
回路をテストするために、調整可能なDC負荷が出力の両端に接続され、ほぼ1アンペアの電流が流れています。デジタルDC負荷がない場合は、Arduinoを使用して独自の調整可能なDC負荷を構築することもできます。
テストの目的で、バッテリーの不足に直面しました（ここではCOVID-19ロックダウンです）。そのため、2つの出力を備えたベンチ電源が使用されています。1つのチャネルは9Vに設定され、もう1つのチャネルは12Vに設定されます。12Vチャネルを切断して出力の結果を確認し、チャネルを再接続して回路のパフォーマンスを確認します。
回路がどのように機能するかの詳細なデモンストレーションについては、以下にリンクされているビデオをチェックしてください。プロジェクトを楽しんで、何か役に立つことを学んだことを願っています。ご不明な点がございましたら、下のコメントセクションに残すか、フォーラムを使用してその他の技術的な質問をお寄せください。