Moduł diody idealnej o prądzie 5 A

Moduł diody idealnej o prądzie 5 A

Zaprezentowany w artykule moduł diody idealnej może zastąpić klasyczne diody prostownicze lub diody Schottky’ego w aplikacjach, gdzie zależy nam na niewielkim spadku napięcia w kierunku przewodzenia oraz zabezpieczeniu obwodu przed przepływem wstecznym. Układ może być zastosowany w systemach redundancji zasilania, przy równoległym łączeniu ogniw, akumulatorów lub w niskonapięciowych instalacjach solarnych do równoległego łączenia paneli PV małej mocy.

Podstawowe parametry:
  • bardzo niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia – nie przekracza 25 mV (typowo 15 mV),
  • może pracować poprawnie przy napięciach zasilania do 36 V,
  • maksymalny ciągły prąd przewodzenia: 5 A, natomiast chwilowy do 7 A.

Moduł bazuje na scalonym kontrolerze diody idealnej, układzie typu LTC4451 (Analog Devices), który spełnienia wszystkie wymogi stawiane opisanej aplikacji, przy jednoczesnym zachowaniu prostoty całej konstrukcji. Schemat wewnętrzny układu LTC4451 został pokazany na rysunku 1. Wbudowany tranzystor MOSFET ma bardzo niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia, który nie przekracza 25 mV, co znacząco ogranicza straty mocy, w porównaniu z diodą Schottky’ego, nie wspominając o zwykłej diodzie prostowniczej.

Rysunek 1. Struktura wewnętrzna układu LTC4451 (za notą Analog Devices)

Budowa i działanie

Schemat modułu został pokazany na rysunku 2. Składa się on z jednego układu U1 typu LTC4451, który odpowiada za detekcję obecności napięcia wejściowego oraz prawidłowe sterowanie wbudowanym kluczem MOSFET. Pełna integracja elementów wykonawczych upraszcza aplikację do kondensatorów odsprzęgających.

Rysunek 2. Schemat modułu

Diody D1, D2 służą do zabezpieczenia układu przed skutkami odwrotnego podłączenia napięcia zasilania. Napięcia wejściowe z akumulatora, zasilacza lub panelu PV doprowadzone jest do złącza IN, skąd jest kluczowane na wyjście OUT. Diody TVS1, D3 dodatkowo zabezpieczają U1 przed skutkami przepięć na liniach zasilania. Kondensator CE1 jest magazynem energii niezbędnym do podtrzymania układu podczas przełączania kilku źródeł. W module jego wartość jest minimalna dla poprawnej pracy układu i może zostać dobrana
z zakresu 22...220 μF/50 V. Aby poprawnie pełnić funkcje magazynu, CE1 musi mieć niską rezystancję ESR.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na niewielkiej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 3. Montaż nie wymaga opisu, należy tylko poprawnie przylutować pad termiczny. Moduł nie wymaga uruchamiania, warto jednak za pomocą regulowanego zasilacza i sztucznego obciążenia sprawdzić spadek napięcia, na kluczu w kierunku przewodzenia oraz odporność na odwrócenie polaryzacji zasilania.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB

Układ może pracować poprawnie przy napięciach zasilania do 36 V bez żadnych zmian. Zakres napięcia wejściowego może zostać rozszerzony po zmianie diody TVS na SMAJ36CA do 40 V. Ze względu na tolerancję napięcia TVS nie polecam jednak pracy przy górnej granicy napięcia dopuszczalnej dla LTC4451, która wynosi 42 V.

W przypadku łączenia równoległego kilku źródeł zasilania w układzie OR-ring każde źródło współpracuje z jedną płytką, a napięcie zasilania doprowadzone jest do wejść IN, zaciski wyjściowe OUT połączone są równolegle i zasilają obciążenie. Priorytet będzie miało źródło o najwyższym napięciu, w miarę wyrównywania napięć (np. w przypadku akumulatorów i baterii) prąd będzie rozdzielany na poszczególne źródła.

Adam Tatuś, EP

Wykaz elementów:
Rezystory:
Kondensatory:
  • C1, C2: 0,1 μF ceramiczny 50 V (SMD0805)
  • CE1: 47 μF/50 V elektrolityczny (8 mm)
Półprzewodniki:
  • D1, D2: 1N4148WS dioda uniwersalna (SOD323F)
  • D3: MBRS140 dioda Schottky’ego (SMA_D)
  • U1: LTC4451AV (LQFN16)
Pozostałe:
  • IN, OUT: złącze DG126-5.0-2
  • TVS1: transil SMAJ33CA (SMA_D)
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2022
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio maj - czerwiec 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje maj 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów