Moduł redundancji zasilania do komputerów SBC

Najprostsze przełączanie źródeł w układach zasilania bezprzerwowego bazuje na diodach Schottky'ego. Pomimo niewielkiego spadku napięcia w kierunku przewodzenia w zastosowaniach, w których zależy nam na najwyższej możliwej sprawności szczególnie w przypadku systemów zasilanych niskim napięciem 3,3...5 V (Raspberry Pi) oraz maksymalnym wykorzystaniu energii, konieczne jest bardziej złożone rozwiązanie.
W zaprezentowanym rozwiązaniu zastosowano układ kontrolera diody idealnej typu LTC4373 (Analog Devices), którego schemat wewnętrzny pokazano na rysunku 1. Gwarantuje on spełnienie wszystkich wymagań stawianych opisanej aplikacji.

Rysunek 1. Struktura wewnętrzna LTC4373 (za notą Analog Devices)

Budowa i działanie

Schemat modułu redundancji zasilania został pokazany na rysunku 2. Pracuje poprawnie przy napięciach zasilania 3,3...18 V przy obciążeniu do 3 A, co w większości wypadków wystarcza do zasilania klasycznych komputerków SBC. Składa się z dwóch identycznych bloków kontrolera diody idealnej U1/Q1 i U2/Q2. LTC4373 odpowiada za detekcję obecności napięcia wejściowego UV, wbudowany komparator steruje tranzystorem MOSFET zapewniając niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia oraz odcięcie i minimalny prąd wsteczny, gdy napięcie spadnie poniżej 1,191 V. Wbudowana pompa ładunkowa oraz driver zapewnia niezawodne sterowanie klucza Q1 w szerokim zakresie napięcia wejściowego i obciążenia.

Rysunek 2. Schemat modułu

Napięcia wejściowe z zasilaczy doprowadzone są do złącz INA, INB, gdzie w zależności od ich poprawności kluczowane są na wyjście OUT (aktywny jest zasilacz o wyższym napięciu). Zanik lub zwarcie jednego z napięć zasilania INA/B powoduje bezprzerwowe przełączenia na sprawne źródło.

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 pady termiczne układów. Moduł nie wymaga uruchamiania, warto jednak przy pomocy dwóch regulowanych zasilaczy i sztucznego obciążenia sprawdzić poprawność przełączania oraz spadek napięcia na kluczach w kierunku przewodzenia. W modelu spadek napięcia wynosił mniej niż 50 mV przy napięciach zasilania z zakresu 3,3...18 V i prądzie obciążenia 3 A. W zależności od doboru tranzystorów Q1, Q2 i napięć pracy kondensatorów układ można przystosować do pracy przy wyższym napięciu np. 24...36 V i z nieco większymi prądami obciążenia.

Adam Tatuś, EP