Moduł diody idealnej 12...24 V/5 A

W modelu został zastosowany układ kontrolera diody idealnej typu AP74700 (Diodes Inc). Spełnia on wszystkie wymogi stawiane opisanej aplikacji, a jednocześnie pozwala zachować prostotę układu i zminimalizować koszty implementacji. Schemat wewnętrzny układu AP74700 pokazano na rysunku 1, natomiast schemat modułu – na rysunku 2.

Rysunek 1. Struktura wewnętrzna AP74700 (za notą Diodes Inc)

Rysunek 2. Schemat modułu

Opracowany moduł bazuje na kontrolerze pojedynczej diody idealnej U1 typu AP74700, odpowiadającym za detekcję obecności napięcia wejściowego oraz prawidłowe sterowanie zewnętrznego tranzystora kluczującego MOSFET, w zależności od różnicy napięć na wyprowadzeniach Anode/Cathode. Napięcie wejściowe z akumulatora, zasilacza lub panelu PV doprowadzone zostało do złącza DCIN, skąd jest kluczowane na wyjście DCOUT. Tranzystor MOSFET Q1 typu DMTH6010 (Rdson <12 mΩ) charakteryzuje się bardzo niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia: w zależności od warunków pracy nie przekracza ono 50 mV, co znacząco ogranicza straty mocy, w porównaniu z diodą Schottky’ego (nie wspominając już o zwykłej diodzie prostowniczej). Diody TVS1,2 służą do zabezpieczenia układu przed skutkami przepięć. Kondensator CE1 jest magazynem energii niezbędnym do podtrzymania zasilania układu podczas przełączania kilku źródeł energii przy pracy w układzie typu OR-ring. W opisywanym module pojemność CE1 przyjmuje minimalną wartość niezbędną do poprawnej pracy układu, choć w praktyce może ona zostać dobrana z zakresu 22...220 μF/50 V. Aby poprawnie spełniać funkcję magazynu, CE1 musi mieć niską rezystancję ESR. Układ U1 wyposażony jest w zabezpieczenie przed uszkodzeniem w przypadku odwrotnego podłączenia zasilania, a dodatkowo odcięcie Q1 chroni także podłączone obciążenie.

Układ zmontowany został na niewielkiej płytce drukowanej – rozmieszczenie elementów na PCB pokazano na rysunku 3. Montaż nie wymaga opisu, szczególną uwagę należy zwrócić tylko na poprawny montaż padu termicznego Q1. Zmontowany układ pokazuje fotografia tytułowa.

Rysunek 3. Rozmieszczenie elementów

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. Układ może bez dodatkowych modyfikacji pracować poprawnie przy napięciach zasilania z zakresu 12...24 V. Możliwa jest też praca z niższym napięciem, już od 4,5...6 V, przy nieco wyższym spadku napięcia na kluczu lub po optymalizacji doboru tranzystora.

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

Adam Tatuś, EP