Hệ thống điều khiển đường dẫn điện sử dụng ltc4412 để chuyển đổi giữa nguồn chính và nguồn phụ

Có rất nhiều tình huống xảy ra khi thiết kế mạch của chúng ta có hai nguồn điện như bộ chuyển đổi và pin hoặc thậm chí có thể là hai nguồn điện khác từ hai ổ cắm khác nhau. Yêu cầu của ứng dụng có thể giống như nó phải luôn BẬT khi mất điện bằng cách sử dụng và nguồn điện bổ sung có sẵn. Ví dụ, mạch được cấp nguồn bằng bộ chuyển đổi cần chuyển sang pin hoặc nguồn điện phụ mà không làm gián đoạn hoạt động của mạch trong trường hợp mất điện.

Trong những trường hợp nêu trên, Mạch điều khiển đường dẫn điện sẽ hữu ích. Về cơ bản, một mạch điều khiển đường dẫn điện sẽ chuyển đổi nguồn chính của bảng mạch tùy thuộc vào nguồn điện có sẵn bằng cách điều khiển đường dẫn từ nguồn điện đi vào mạch.

Trong dự án này, chúng tôi sẽ xây dựng một hệ thống điều khiển đường dẫn điện chuyên dụng sẽ chuyển nguồn điện đầu vào của tải từ nguồn sơ cấp sang nguồn phụ trong thời gian mất điện sơ cấp và đồng thời thay đổi nguồn phụ thành sơ cấp trong giai đoạn khôi phục nguồn sơ cấp. Đây là một mạch rất cần thiết được xây dựng để hỗ trợ trạng thái ứng dụng cung cấp điện không bị gián đoạn trong quá trình nguồn điện đầu vào đang thay đổi từ nguồn chính sang phụ hoặc phụ sang chính. Nói cách khác, nó có thể hoạt động giống như UPS cho Dự án Arduino và Raspberry Pi và nó cũng có thể được sử dụng để sạc nhiều pin từ một bộ sạc duy nhất.

Yêu cầu

Yêu cầu của mạch được quy định như sau-

1. Dòng tải sẽ lên đến 3A.
2. Điện áp tối đa sẽ là 12V đối với bộ chuyển đổi (nguồn chính) và 9V đối với pin (nguồn phụ)

Bộ điều khiển đường dẫn điện LTC4412

Bộ điều khiển chính được chọn cho mạch là LTC4412 từ Thiết bị tương tự (công nghệ tuyến tính). Đây là hệ thống điều khiển đường dẫn công suất tổn thất thấp tự động chuyển đổi giữa hai nguồn DC và đơn giản hóa các hoạt động chia sẻ tải. Vì thiết bị này hỗ trợ dải điện áp bộ chuyển đổi từ 3 volt đến 28 volt và hỗ trợ dải điện áp pin từ 2,5 volt đến 25 volt. Vì vậy, nó phục vụ yêu cầu trên của điện áp đầu vào. Trong hình ảnh dưới đây, sơ đồ sơ đồ chân của LTC4412 được hiển thị-

Tuy nhiên, nó có hai nguồn đầu vào, một là nguồn chính và nguồn còn lại là nguồn phụ. Nguồn điện chính (Bộ đổi nguồn treo tường trong trường hợp của chúng tôi) được ưu tiên hơn nguồn điện phụ (trong trường hợp này là pin). Do đó, bất cứ khi nào nguồn điện chính có mặt, nguồn điện phụ sẽ tự động bị ngắt. Sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào này chỉ là 20mV. Như vậy, nếu nguồn sơ cấp cao hơn nguồn phụ 20mV thì tải được nối với nguồn sơ cấp.

LTC4412 có hai chân bổ sung - Điều khiển và trạng thái. Chân điều khiển có thể được sử dụng để điều khiển kỹ thuật số đầu vào để buộc MOSFET tắt, trong khi chân trạng thái là chân đầu ra thoát hở có thể được sử dụng để làm chìm dòng điện 10uA và có thể được sử dụng để điều khiển MOSFET bổ sung với một điện trở ngoài. Điều này cũng có thể được giao tiếp với một bộ vi điều khiển để nhận tín hiệu hiện diện của nguồn điện phụ. LTC4412 cũng cung cấp bảo vệ phân cực ngược cho Pin. Nhưng vì chúng tôi đang làm việc với bộ nguồn, tại đây bạn cũng có thể xem các thiết kế khác như Bảo vệ quá áp, Bảo vệ quá dòng, Bảo vệ phân cực ngược, Bảo vệ ngắn mạch, Bộ điều khiển hoán đổi nóng, v.v. có thể hữu ích

Một thành phần khác là sử dụng hai MOSFET kênh P để điều khiển các nguồn điện phụ và chính. Với mục đích này, FDC610PZ được sử dụng như một kênh P, -30V, -4,9A MOSFET phù hợp cho hoạt động của 3A chuyển mạch tải. Nó có điện trở RDS _ON thấp là 42 mili-ohms, phù hợp cho ứng dụng này mà không cần tản nhiệt bổ sung.

Do đó, BOM chi tiết là-

1. LTC4412
2. P-Channel MOSFET- FDC610PZ - 2 chiếc
3. Điện trở 100k
4. Tụ 2200uF
5. Đầu nối Relimate - 3 chiếc
6. PCB

Sơ đồ mạch bộ điều khiển đường dẫn điện LTC4412

Mạch có hai điều kiện hoạt động, một là mất nguồn sơ cấp và một là khôi phục nguồn sơ cấp. Công việc chính được thực hiện bởi bộ điều khiển LTC4412. LTC4412 kết nối tải đầu ra với nguồn phụ bất cứ khi nào điện áp nguồn sơ cấp giảm thấp hơn 20 mV so với điện áp nguồn phụ. Trong tình huống này, chân trạng thái chìm dòng điện và bật MOSFET phụ.

Trong các điều kiện làm việc khác, bất cứ khi nào đầu vào nguồn sơ cấp cao hơn nguồn điện phụ 20 mV, tải lại được nối với nguồn điện sơ cấp. Sau đó, chân trạng thái chuyển sang điều kiện thoát nước mở và sẽ tắt MOSFET kênh P.

Hai tình huống này không chỉ tự động thay đổi nguồn điện tùy thuộc vào sự cố mất điện sơ cấp mà còn có thể làm chuyển mạch nếu điện áp sơ cấp giảm đáng kể.

Chân cảm biến cung cấp điện cho mạch bên trong nếu VIN không nhận được bất kỳ điện áp nào và cũng cảm nhận được điện áp của bộ cấp nguồn sơ cấp.

Tụ điện đầu ra lớn hơn 2200uF 25V sẽ cung cấp đủ lọc trong quá trình tắt các pha. Tại một khoảng thời gian nhỏ khi quá trình chuyển đổi xảy ra, tụ điện sẽ cung cấp điện cho tải.

Thiết kế bảng mạch PCB

Để kiểm tra mạch, chúng ta cần một PCB vì IC LTC4412 nằm trong gói SMD. Trong hình ảnh dưới đây, mặt trên của bảng được hiển thị-

Thiết kế được thực hiện như một bảng một mặt. Có 3 dây nhảy cũng được yêu cầu trong PCB. Hai đầu vào và chân đầu ra tùy chọn bổ sung cũng được cung cấp cho các hoạt động liên quan đến trạng thái và điều khiển. Một bộ vi điều khiển có thể được giao tiếp trong hai chân đó nếu được yêu cầu, nhưng chúng tôi sẽ không làm điều đó trong hướng dẫn này.

Trong hình trên, mặt dưới của PCB là nơi hiển thị hai MOSFET của Q1 và Q2. Tuy nhiên, MOSFETs không yêu cầu thêm tản nhiệt mà trong thiết kế, tản nhiệt PCB được tạo ra. Điều này sẽ làm giảm sự tiêu tán điện năng trên các MOSFET.

Kiểm tra bộ điều khiển đường dẫn điện

Hai hình ảnh trên cho thấy PCB của bộ điều khiển đường dẫn điện đã được thiết kế trước đó. Tuy nhiên, PCB là một phiên bản được khắc bằng tay và nó sẽ phục vụ cho mục đích này. Các thành phần đang được hàn đúng cách trong PCB.

Để kiểm tra mạch, một tải DC có thể điều chỉnh được kết nối qua đầu ra có dòng điện gần 1 Amp. Nếu bạn không có tải DC kỹ thuật số, bạn cũng có thể tạo tải DC có thể điều chỉnh của riêng mình bằng cách sử dụng Arduino.

Đối với mục đích thử nghiệm, tôi phải đối mặt với tình trạng thiếu pin (ở đây là khóa COVID-19) và do đó, một bộ nguồn dự phòng được sử dụng có hai đầu ra. Một kênh được đặt thành 9V và kênh còn lại được đặt thành 12V. Ngắt kết nối kênh 12V để xem kết quả trên đầu ra và kết nối lại kênh để kiểm tra hiệu suất của mạch.

Bạn có thể xem video được liên kết bên dưới để biết chi tiết về cách hoạt động của mạch. Tôi hy vọng bạn thích dự án và học được điều gì đó hữu ích. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại chúng trong phần bình luận bên dưới hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi cho các câu hỏi kỹ thuật khác.