在许多情况下，我们的电路设计有两个电源，如适配器和电池，甚至可以是来自两个不同插座的两个其他电源。应用程序的需求可以是它应该始终需要的东西电源故障时保持接通通过使用可用的额外电源。例如，使用适配器供电的电路需要在不中断电路运行的情况下切换到电池或辅助电源在电源故障的情况下。


在上述这些情况下，功率路径控制器电路将是有帮助的。基本上功率路径控制电路将通过控制电源进入电路的路径，根据可用的电源切换电路板的主电源。


在本项目中，我们将建立一个专用的电源路径控制器系统，在主电源故障期间将负载的电源输入从主电源切换到辅助电源，并在主电源恢复阶段再次将辅助电源切换到主电源。这是一个非常重要的电路，需要构建以支持不间断电源输入功率期间的应用状态从主电源变为辅助电源或从辅助电源变为主电源。换句话说，它可以像Arduino和Raspberry Pi不间断电源项目和它也可以用于从单个充电器充电的多个电池。


要求

电路的要求规定如下-


  3. 负载电流将高达3A。

  7. 适配器（主电源）的最大电压为12V，电池（辅助电源）的最高电压为9V

LTC4442电源路径控制器

为电路选择的主控制器是来自模拟设备的LTC4442（线性技术）。这是一个低损耗功率路径控制器系统在两个直流电源之间自动切换并且简化了负载共享操作。由于此设备支持适配器电压范围从3伏到28伏，并且支持电池电压范围从2.5伏到25伏。因此，它满足上述输入电压的要求。在下图中LTC4442的引出线图显示-


LTC4412 Pinout

然而，它有两个输入源，一个是主输入源，另一个是辅助输入源。主电源（在我们的情况下是壁式适配器）优先于辅助电源（在这种情况下是电池）。因此，无论何时主电源存在，辅助电源都将自动断开。这两个输入电压之间的差值仅为20mV。因此，如果主电源比辅助电源高20mV，则负载与主电源连接。


LTC4442有两个额外的引脚-控制和状态。这个控制销可以用于数字控制输入以迫使MOSFET截止，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器的附加MOSFET。这也可以与微控制器接口，用于获得辅助电源的存在信号。LTC4442还提供反极性保护用于电池。但由于我们正在使用电源，您也可以在这里查看其他设计，如过电压保护,过电流保护,反极性保护,短路保护,热插拔控制器，等等，这可能会派上用场


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。为此目的，频率610赫兹用作P沟道，-30V，-4.9A MOSFET，适用于负载开关的3A操作。RDS较低<sub>在电阻为42毫欧姆，这使得它适用于这种应用，而不需要额外的散热器。


因此，详细的BOM是-


  3. LTC4412型

  7. P沟道MOSFET-FDC610PZ-2个

  11. 100k电阻器

  15. 2200uF电容器

  19. 重新配对连接器-3个

  23. 印刷电路板

LTC4442电源路径控制器电路图

LTC4412 Power Path Controller Circuit Diagram

电路有两种工作条件，一种是一次功率损失另一个是一次电源恢复主要工作由控制器LTC4442来完成。每当主电源电压下降到比辅助电源电压低20mV时，LTC4442将输出负载与辅助电源连接。在这种情况下，状态引脚吸收电流并导通辅助MOSFET。


在其他工作条件下，每当主电源输入高于辅助电源20mV时，负载再次与主电源连接。状态引脚随后进入漏极开路状态，并将关闭P沟道MOSFET。


这两种情况不仅会根据一次电源故障自动改变电源，而且在一次电压显著下降时也会进行切换。


如果VIN没有得到任何电压，则感测引脚向内部电路提供电源，并且还感测主电源单元的电压。


2200uF25V的较大输出电容器将在断开阶段提供足够的滤波。在发生切换的小持续时间内，电容器将向负载提供电力。


PCB板设计

为了测试电路，我们需要一个PCB，因为LTC4442 IC位于SMD封装中。在下图中，显示了电路板的顶部-


PCB Board Design

设计是作为一块单面板完成的。PCB中还需要3个跳线。还为控制和状态相关操作提供了两个额外的可选输入和输出引脚。如果需要，可以在这两个引脚中连接微控制器单元，但我们在本教程中不会这样做。


PCB Board Layout

在上面的图像中，显示了PCB的底侧，其中显示了Q1和Q2的两个MOSFET。然而，MOSFET不需要额外的散热器，但在设计中，产生了PCB散热器。这将减少MOSFET之间的功耗。


电源路径控制器测试

Power Path Controller PCB

上面的两张图显示了先前设计的电源路径控制器的PCB。然而，PCB是手工蚀刻的版本，它将达到目的。部件正在PCB中正确焊接。


LTC4412 Power Path Controller

为了测试电路，在输出端连接一个可调直流负载，该负载消耗了几乎1安培的电流。如果你没有数字直流负载，你也可以建立自己的使用Arduino的可调节直流负载.


出于测试目的，我遇到了电池短缺（这里是新冠肺炎锁定），所以使用了具有两个输出的工作台电源。一个通道设置为9V，另一个通道则设置为12V。断开12V通道以查看输出结果，然后重新连接通道以检查电路性能。


您可以查看下面链接的视频，了解电路如何工作的详细演示。我希望你喜欢这个项目并学到一些有用的东西。如果您有任何问题，请在下面的评论部分留下，或使用我们的论坛解决其他技术问题。