نظام التحكم في مسار الطاقة باستخدام ltc4412 للتبديل بين الطاقة الأولية والإضافية

هناك العديد من المواقف عندما يكون لتصميم الدوائر لدينا مصدرين للطاقة مثل المحول والبطارية أو يمكن أن يكون مصدران آخران للطاقة من منفذين مختلفين. يمكن أن تكون متطلبات التطبيق شيئًا مثل أنه يجب أن يظل دائمًا في وضع التشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي باستخدام مصدر طاقة إضافي متاح. على سبيل المثال ، تحتاج الدائرة التي يتم تشغيلها باستخدام محول إلى التبديل إلى بطارية أو مصدر طاقة إضافي دون مقاطعة تشغيل الدائرة في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

في هذه الحالات المذكورة أعلاه ، ستكون دائرة التحكم في مسار الطاقة مفيدة. بشكل أساسي ، ستقوم دائرة التحكم في مسار الطاقة بتبديل الطاقة الرئيسية للوحة الدائرة اعتمادًا على مصدر الطاقة المتاح من خلال التحكم في المسار من حيث تأتي الطاقة إلى الدائرة.

في هذا المشروع ، سنبني نظامًا مخصصًا للتحكم في مسار الطاقة من شأنه أن يحول مدخلات الطاقة للحمل من الطاقة الأولية إلى الطاقة المساعدة أثناء انقطاع التيار الأولي وأيضًا تغيير مصدر الطاقة الإضافي إلى الأساسي أثناء مرحلة استعادة الطاقة الأولية. هذه دائرة أساسية للغاية يتم بناؤها لدعم حالة تطبيق مصدر الطاقة غير المنقطع أثناء تغيير طاقة الإدخال من الأساسي إلى المساعد أو المساعد إلى الأساسي. بمعنى آخر ، يمكن أن يعمل مثل UPS لمشاريع Arduino و Raspberry Pi ويمكن أيضًا استخدامه لشحن بطاريات متعددة من شاحن واحد.

المتطلبات

يتم تحديد متطلبات الدائرة على النحو التالي-

سيصل تيار الحمل إلى 3A.
سيكون الحد الأقصى للجهد 12 فولت لمحول (طاقة أساسية) و 9 فولت كبطارية (طاقة ثانوية)

LTC4412 وحدة تحكم مسار الطاقة

وحدة التحكم الرئيسية التي تم اختيارها للدائرة هي LTC4412 من الأجهزة التناظرية (التقنيات الخطية). هذا هو نظام تحكم في مسار الطاقة منخفض الخسارة يقوم تلقائيًا بالتبديل بين مصدرين للتيار المستمر ويبسط عمليات مشاركة الحمل. حيث أن هذا الجهاز يدعم محول جهد يتراوح من 3 فولت إلى 28 فولت ويدعم جهد البطارية من 2.5 فولت إلى 25 فولت. وبالتالي ، فإنه يخدم المتطلبات المذكورة أعلاه لجهد الدخل. في الصورة أدناه، و الرسم البياني pinout من LTC4412 هو shown-

ومع ذلك ، فإنه يحتوي على مصدرين للمدخلات ، أحدهما أساسي والآخر هو المساعد. مصدر الطاقة الأساسي (محول الحائط في حالتنا) له الأولوية على مصدر الطاقة الإضافي (البطارية في هذه الحالة). لذلك ، في حالة وجود مصدر الطاقة الأساسي ، سيتم فصل مصدر الطاقة الإضافي تلقائيًا. الفرق بين جهد الإدخال هذين هو 20mV فقط. وبالتالي ، إذا كان مصدر الطاقة الأساسي أعلى بمقدار 20 مللي فولت من مصدر الطاقة الإضافي ، فسيتم توصيل الحمل بمصدر الطاقة الأساسي.

يحتوي LTC4412 على دبابيس إضافية - التحكم والحالة. و دبوس السيطرة يمكن أن تستخدم للسيطرة على رقميا مدخلات لإجبار MOSFET لإيقاف، في حين أن دبوس الوضع هو دبوس الإخراج استنزاف مفتوحة والتي يمكن استخدامها لإغراق من 10uA الحالية ويمكن أن تستخدم للسيطرة على MOSFET إضافية مع المقاوم الخارجي. يمكن أيضًا ربط هذا بمتحكم دقيق للحصول على إشارة وجود مصدر الطاقة الإضافي. يوفر LTC4412 أيضًا حماية قطبية عكسية للبطارية. ولكن نظرًا لأننا نعمل مع مزودات الطاقة ، يمكنك هنا أيضًا التحقق من التصميمات الأخرى مثل الحماية من الجهد الزائد ، والحماية الزائدة الحالية ، وحماية القطبية العكسية ، وحماية الدائرة القصيرة ، ووحدة التحكم في التبديل السريع ، وما إلى ذلك ، والتي قد تكون مفيدة

مكون آخر هو استخدام اثنين من P-Channel MOSFETs للتحكم في مصادر الطاقة المساعدة والأولية. لهذا الغرض ، يتم استخدام FDC610PZ كقناة P ، -30V ، -4.9A MOSFET التي تناسب تشغيل 3A من تبديل الحمل. تتميز بمقاومة RDS _ON منخفضة تبلغ 42 ملي أوم مما يجعلها مناسبة لهذا التطبيق بدون المشتت الحراري الإضافي.

لذلك ، فإن BOM المفصل هو-

LTC4412
P-Channel MOSFET- FDC610PZ - قطعتان
100 كيلو المقاوم
مكثف 2200 فائق التوهج
موصل مناسب - 3 قطع
ثنائي الفينيل متعدد الكلور

LTC4412 مخطط دائرة تحكم مسار الطاقة

تحتوي الدائرة على شرطين تشغيل ، أحدهما هو فقدان الطاقة الأولية والآخر هو استعادة الطاقة الأولية. يتم تنفيذ المهمة الرئيسية بواسطة وحدة التحكم LTC4412. يربط LTC4412 حمل الخرج بالطاقة المساعدة عندما ينخفض جهد الطاقة الأولية بمقدار 20 مللي فولت أقل من جهد الطاقة الإضافي. في هذه الحالة ، يغرق دبوس الحالة التيار ويقوم بتشغيل MOSFET الإضافي.

في ظروف العمل الأخرى ، كلما ارتفع دخل الطاقة الأساسي بمقدار 20 مللي فولت فوق مصدر الطاقة الإضافي ، يتم توصيل الحمل مرة أخرى بمصدر الطاقة الأساسي. ثم ينتقل دبوس الحالة إلى حالة الصرف المفتوح وسيوقف تشغيل P-Channel MOSFET.

لا تقوم هاتان الحالتان بتغيير مصدر الطاقة تلقائيًا اعتمادًا على انقطاع التيار الكهربائي الأساسي فحسب ، بل تقومان أيضًا بإجراء التحويل إذا انخفض الجهد الأساسي بشكل كبير.

يوفر دبوس الإحساس الطاقة للدائرة الداخلية إذا لم يحصل VIN على أي جهد ويستشعر أيضًا جهد وحدة إمداد الطاقة الأولية.

سيوفر مكثف الإخراج الأكبر من 2200 فائق التوهج 25 فولت ترشيحًا كافيًا أثناء مراحل إيقاف التشغيل. في الفترة الصغيرة التي سيحدث فيها التبديل ، سيوفر المكثف الطاقة للحمل.

تصميم لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لاختبار الدائرة ، نحتاج إلى PCB لأن LTC4412 IC موجود في حزمة SMD. في الصورة أدناه ، يظهر الجانب العلوي من اللوحة-

يتم التصميم كلوح من جانب واحد. هناك 3 وصلات ربط سلكية مطلوبة أيضًا في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. كما يتم توفير اثنين من المدخلات الاختيارية ودبابيس الإخراج لعمليات التحكم والحالة ذات الصلة. يمكن توصيل وحدة تحكم دقيقة في هذين الدبابيس إذا لزم الأمر ، لكننا لن نفعل ذلك في هذا البرنامج التعليمي.

في الصورة أعلاه ، يظهر الجانب السفلي من PCB حيث يتم عرض وحدتي MOSFET من Q1 و Q2. ومع ذلك ، لا تتطلب MOSFETs أحواض حرارة إضافية ولكن في التصميم ، يتم إنشاء المشتت الحراري PCB. هذه سوف تقلل من تبديد الطاقة عبر دوائر MOSFET.

اختبار وحدة تحكم مسار الطاقة

تُظهر الصورتان أعلاه لوحة PCB لوحدة التحكم في مسار الطاقة التي تم تصميمها مسبقًا. ومع ذلك ، فإن ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو نسخة محفورة باليد وسوف تخدم الغرض. يتم لحام المكونات بشكل صحيح في ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

لاختبار الدائرة ، يتم توصيل حمل تيار مستمر قابل للضبط عبر الإخراج الذي يسحب تيارًا يبلغ 1 أمبير تقريبًا. إذا لم يكن لديك حمل Digital DC ، فيمكنك أيضًا إنشاء حمل DC قابل للتعديل باستخدام Arduino.

لأغراض الاختبار ، واجهت نقصًا في البطارية (تم إغلاق COVID-19 هنا) ، ومن ثم يتم استخدام مصدر طاقة منضدة يحتوي على ناتجين. تم ضبط إحدى القنوات على 9 فولت والأخرى على 12 فولت. تم فصل قناة 12 فولت لرؤية النتيجة على الخرج وإعادة توصيل القناة للتحقق من أداء الدائرة.

يمكنك التحقق من الفيديو المرتبط أدناه للحصول على شرح تفصيلي لكيفية عمل الدائرة. أتمنى أن تكون قد استمتعت بالمشروع وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فاتركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدم منتدياتنا للأسئلة الفنية الأخرى.