构建一个专用的电源路径控制器系统

在很多情况下，我们的电路设计有两个电源，例如一个适配器和一个电池，甚至可以是来自两个不同插座的两个其他电源。应用程序的要求可能类似于它应该始终需要在电源故障期间通过使用可用的额外电源保持开启状态。例如，使用适配器供电的电路需要在发生电源故障时切换到电池或辅助电源而不中断电路的运行。

在上述这些情况下，电源路径控制器电路将很有帮助。基本上，电源路径控制电路将根据可用电源通过控制电源进入电路的路径来切换电路板的主电源。

在这个项目中，我们将构建一个专用的电源路径控制器系统，该系统将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电源从辅助切换到主电源。 这是一个非常重要的电路，用于在输入电源从初级变为辅助或从辅助变为初级期间支持不间断电源应用状态。换句话说，它可以像Arduino 和 Raspberry Pi项目的 UPS 一样工作，也可以用于从单个充电器为多个电池充电。

要求

电路的要求规定如下-

负载电流将高达 3A。

适配器的最大电压为 12V（主电源），电池的最大电压为 9V（辅助电源）

LTC4412 电源路径控制器

为该电路选择的主控制器是来自 Analog Devices （线性技术）的LTC4412 。这是一种低损耗电源路径控制器系统，可在两个直流电源之间自动切换并简化负载共享操作。由于该设备支持从 3 伏到 28 伏的适配器电压范围，并支持从 2.5 伏到 25 伏的电池电压范围。因此，它满足了输入电压的上述要求。在下图中，显示了 LTC4412的引脚分配图 -

但是，它有两个输入源，一个是主源，另一个是辅助源。主电源（在我们的例子中是墙上适配器）优先于辅助电源（在这个例子中是电池）。因此，只要存在主电源，辅助电源就会自动断开。这两个输入电压之差仅为20mV。因此，如果主电源比辅助电源高 20mV，则负载与主电源相连。

LTC4412 有两个额外的引脚——控制和状态。控制引脚可用于数字控制输入以强制 MOSFET 关闭，而状态引脚是开漏输出引脚，可用于吸收 10uA 电流，并可用于控制带有外部电阻。这也可以与微控制器接口，以获取辅助电源的存在信号。LTC4412 还为电池提供反极性保护。但是由于我们正在使用电源，因此您还可以在这里查看其他设计，例如过压保护、过流保护、反极性保护、短路保护，热插拔控制器等可能会派上用场

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，FDC610PZ用作 P 沟道、-30V、-4.9A MOSFET，适用于 3A 负载开关的操作。它具有 42 毫欧的低 RDS ON电阻，使其适用于该应用而无需额外的散热器。

因此，详细的 BOM 是-

LTC4412

P 沟道 MOSFET- FDC610PZ - 2 个

100k电阻

2200uF电容

Relimate 连接器 - 3 个

印刷电路板

LTC4412 电源路径控制器电路图

电路有两种工作状态，一种是主电源失电，另一种是主电源恢复。主要工作由控制器 LTC4412 完成。每当主电源电压比辅助电源电压低 20mV 时，LTC4412 就会将输出负载与辅助电源相连。在这种情况下，状态引脚吸收电流并打开辅助 MOSFET。

在其他工作条件下，只要主电源输入高于辅助电源 20 mV，负载就会再次与主电源连接。然后状态引脚进入开漏状态并关闭 P 沟道 MOSFET。

这两种情况不仅会根据初级电源故障自动切换电源，而且会在初级电压大幅下降时进行切换。

如果 VIN 没有获得任何电压，则检测引脚为内部电路供电，并且还检测主电源单元的电压。

2200uF 25V 的较大输出电容器将在关闭阶段提供足够的滤波。在切换发生的小持续时间内，电容器将为负载供电。

PCB板设计

为了测试电路，我们需要一块 PCB，因为 LTC4412 IC 采用 SMD 封装。在下图中，显示了板的顶部 -

该设计是作为单面板完成的。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，但在本教程中我们不会这样做。

在上图中，显示了 PCB 的底部，其中显示了 Q1 和 Q2 的两个 MOSFET。但是，MOSFET 不需要额外的散热器，但在设计中，会创建 PCB 散热器。这些将降低 MOSFET 的功耗。

电源路径控制器测试

上面两张图片显示了之前设计的电源路径控制器的 PCB。但是，PCB 是手工蚀刻的版本，它可以达到目的。组件已正确焊接在 PCB 中。

为了测试电路，一个可调直流负载连接到输出端，该输出端消耗近 1 安培的电流。如果您没有数字直流负载，您也可以使用 Arduino 构建自己的可调直流负载。

出于测试目的，我遇到了电池短缺（这里是 COVID-19 锁定），因此使用了具有两个输出的台式电源。一个通道设置为 9V，另一个设置为 12V。断开 12V 通道以查看输出结果并重新连接通道以检查电路的性能。