在很多情況下，我們的電路設計有兩個電源，例如一個適配器和一個電池，甚至可以是來自兩個不同插座的兩個其他電源。應用程序的要求可能類似于它應該始終需要在電源故障期間通過使用可用的額外電源保持開啟狀態(tài)。例如，使用適配器供電的電路需要在發(fā)生電源故障時切換到電池或輔助電源而不中斷電路的運行。

在上述這些情況下，電源路徑控制器電路將很有幫助。基本上，電源路徑控制電路將根據(jù)可用電源通過控制電源進入電路的路徑來切換電路板的主電源。

在這個項目中，我們將構建一個專用的電源路徑控制器系統(tǒng)，該系統(tǒng)將在主電源故障期間將負載的電源輸入從主電源切換到輔助電源，并在主電源恢復階段再次將電源從輔助切換到主電源。 這是一個非常重要的電路，用于在輸入電源從初級變?yōu)檩o助或從輔助變?yōu)槌跫壠陂g支持不間斷電源應用狀態(tài)。換句話說，它可以像Arduino 和 Raspberry Pi項目的 UPS 一樣工作，也可以用于從單個充電器為多個電池充電。

要求

電路的要求規(guī)定如下-

負載電流將高達 3A。

適配器的最大電壓為 12V（主電源），電池的最大電壓為 9V（輔助電源）

LTC4412 電源路徑控制器

為該電路選擇的主控制器是來自 Analog Devices （線性技術）的LTC4412 。這是一種低損耗電源路徑控制器系統(tǒng)，可在兩個直流電源之間自動切換并簡化負載共享操作。由于該設備支持從 3 伏到 28 伏的適配器電壓范圍，并支持從 2.5 伏到 25 伏的電池電壓范圍。因此，它滿足了輸入電壓的上述要求。在下圖中，顯示了 LTC4412的引腳分配圖 -

但是，它有兩個輸入源，一個是主源，另一個是輔助源。主電源（在我們的例子中是墻上適配器）優(yōu)先于輔助電源（在這個例子中是電池）。因此，只要存在主電源，輔助電源就會自動斷開。這兩個輸入電壓之差僅為20mV。因此，如果主電源比輔助電源高 20mV，則負載與主電源相連。

LTC4412 有兩個額外的引腳——控制和狀態(tài)。控制引腳可用于數(shù)字控制輸入以強制 MOSFET 關閉，而狀態(tài)引腳是開漏輸出引腳，可用于吸收 10uA 電流，并可用于控制帶有外部電阻。這也可以與微控制器接口，以獲取輔助電源的存在信號。LTC4412 還為電池提供反極性保護。但是由于我們正在使用電源，因此您還可以在這里查看其他設計，例如過壓保護、過流保護、反極性保護、短路保護，熱插拔控制器等可能會派上用場

另一個組件是使用兩個 P 溝道 MOSFET 來控制輔助電源和主電源。為此，F(xiàn)DC610PZ用作 P 溝道、-30V、-4.9A MOSFET，適用于 3A 負載開關的操作。它具有 42 毫歐的低 RDS ON電阻，使其適用于該應用而無需額外的散熱器。

因此，詳細的 BOM 是-

LTC4412

P 溝道 MOSFET- FDC610PZ - 2 個

100k電阻

2200uF電容

Relimate 連接器 - 3 個

印刷電路板

LTC4412 電源路徑控制器電路圖

電路有兩種工作狀態(tài)，一種是主電源失電，另一種是主電源恢復。主要工作由控制器 LTC4412 完成。每當主電源電壓比輔助電源電壓低 20mV 時，LTC4412 就會將輸出負載與輔助電源相連。在這種情況下，狀態(tài)引腳吸收電流并打開輔助 MOSFET。

在其他工作條件下，只要主電源輸入高于輔助電源 20 mV，負載就會再次與主電源連接。然后狀態(tài)引腳進入開漏狀態(tài)并關閉 P 溝道 MOSFET。

這兩種情況不僅會根據(jù)初級電源故障自動切換電源，而且會在初級電壓大幅下降時進行切換。

如果 VIN 沒有獲得任何電壓，則檢測引腳為內(nèi)部電路供電，并且還檢測主電源單元的電壓。

2200uF 25V 的較大輸出電容器將在關閉階段提供足夠的濾波。在切換發(fā)生的小持續(xù)時間內(nèi)，電容器將為負載供電。

PCB板設計

為了測試電路，我們需要一塊 PCB，因為 LTC4412 IC 采用 SMD 封裝。在下圖中，顯示了板的頂部 -

該設計是作為單面板完成的。PCB 中還需要 3 個跳線。還為控制和狀態(tài)相關操作提供了兩個額外的可選輸入和輸出引腳。如果需要，可以在這兩個引腳中連接微控制器單元，但在本教程中我們不會這樣做。

在上圖中，顯示了 PCB 的底部，其中顯示了 Q1 和 Q2 的兩個 MOSFET。但是，MOSFET 不需要額外的散熱器，但在設計中，會創(chuàng)建 PCB 散熱器。這些將降低 MOSFET 的功耗。

電源路徑控制器測試

上面兩張圖片顯示了之前設計的電源路徑控制器的 PCB。但是，PCB 是手工蝕刻的版本，它可以達到目的。組件已正確焊接在 PCB 中。

為了測試電路，一個可調(diào)直流負載連接到輸出端，該輸出端消耗近 1 安培的電流。如果您沒有數(shù)字直流負載，您也可以使用 Arduino 構建自己的可調(diào)直流負載。

出于測試目的，我遇到了電池短缺（這里是 COVID-19 鎖定），因此使用了具有兩個輸出的臺式電源。一個通道設置為 9V，另一個設置為 12V。斷開 12V 通道以查看輸出結果并重新連接通道以檢查電路的性能。