Przełącznik źródeł zasilania 12 V/3 A z diodą idealną

Przykładem takiej „diody” jest układ LTC4358 (Analog Devices), którego schemat wewnętrzny pokazano na rysunku 1. W swojej strukturze układ zawiera tranzystor kluczujący MOSFET o niewielkiej rezystancji kanału (typ. 20 mΩ) z obwodami detekcji napięć wejściowych i wyjściowych sterujących jego pracą.

Rysunek 1. Schemat blokowy diody idealnej układu LTC4358 (za notą producenta)

Dzięki za niskiej rezystancji klucza w porównaniu do typowej diody Schottky'ego, przełączanie odbywa się z niewielkimi stratami, nawet przy prądzie do 5 A (maksymalne napięcie pracy klucza to 26 V), co jest szczególnie istotne w układach zasilanych bateryjnie, gdzie możliwe jest maksymalne wykorzystanie energii zgromadzonej w ogniwach. Zmierzoną przez producenta różnicę strat mocy przemawiającą za stosowaniem diod „idealnych” (pomimo ich wyższej ceny) prezentuje rysunek 2.

Rysunek 2. Porównanie spadków Vfd dla LTC4358 i diody B530C (za notą producenta)

Schemat układu przełącznika opartego o LTC4358 pokazano na rysunku 3. Układ ma dwa wejścia: INB służące do dołączenia zasilacza i INA służące do dołączenia baterii lub akumulatora z odpowiednią ładowarką. Obciążenie podłączone jest do wyjścia OUT i zasilane jest bezprzerwowo. Maksymalna obciążalność wyjścia to 3 A (maksymalnie 5 A przy zastosowaniu niewielkiego radiatora na U1). Zakres napięcia wejściowego powinien zawierać się w przedziale 9…26 V. Wejście INA jest zabezpieczone przed uszkodzeniem w wypadku odwrotnego podłączenia baterii. Zabezpieczenie wykonano z użyciem diod D1 i D2 blokujących pracę U1.

Rysunek 3. Schemat ideowy przełącznika

Przełącznik zmontowano na niewielkiej płytce drukowanej – jej schemat montażowy pokazano na rysunku 4. Montaż nie wymaga opisu, należy tylko poprawnie przylutować pad termiczny.

Rysunek 4. Schemat montażowy przełącznika

Dla sprawdzenia zasadności zastosowania LTC4358, wykonano pomiary porównawcze spadków napięć w kierunku przewodzenia dla napięcia wejściowego z zakresu 9,6…14,4 V odpowiadających typowemu akumulatorowi żelowemu i kilku prądów obciążeń. Otrzymane umieszczono w tabeli 1.

Otrzymane wyniki przemawiają za stosowaniem specjalizowanych, „idealnych” układów kluczowania, gdy zależy nam na najmniejszych stratach mocy i maksymalnym wykorzystaniu ogniw podtrzymujących, w miejsce tradycyjnej diody, nawet Schottky'ego.

Adam Tatuś, EP