Moduł diody idealnej o prądzie 5 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