Przetwornica step-up/step-down 5V/2.5A + awaryjne podtrzymanie

Witam,

Szukam inspiracji do zaprojektowania zasilacza/przetwornicy.

Założenia:
- Napięcie wyjściowe - 5V / 2.5A
- Napięcie wejściowe 9 -15V (sieć) lub 3,7V z akumulatora litowo-jonowego
- Automatyczne ładowanie akumulatora litowego z kontrolą ładowania
- Automatyczne przełączanie na akumulator w przypadku zaniku zasilania głównego
- Automatyczne odłączenie akumulatora - zabezpieczenie przed zbyt głębokim rozładowaniem (w przypadku braku zasilania głównego)

Takie mam założenia projektowe.
Do tej pory stosowałem przetwornicę step-down + akumulatory Ni-MH + LM317 do ładowania tych akumulatorów - układ się generalnie nie sprawdził.


Kiedyś wpadł mi w rękę jakiś PDF z przetwornicą step-up/step-down, która miała fajną funkcjonalność ponieważ można było podłączyć dwa źródła zasilania - główne i rezerwowe w postaci AKU, który był ładowany przez samą przetwornicę - jakoś nie mogę tego odszukać.

Czy ktoś podpowie co wykorzystać? jaki scalak przetwornicy zastosować? jak rozwiązać przełączanie, ładowanie i odłączenie aku w przypadku głębokiego rozładowania?

Może ktoś już coś zbliżonego robił w swojej karierze?

tps65217c - trochę zbyt dużo funkcji, jak na Twoje potrzeby, ale może na stronie TI znajdziesz coś bardziej pasującego.

Ewentualnie jeśli nie chce Ci się samemu projektować, to na chińskich serwisach aukcyjnych są "UPSy" do modemów/router'ów; wejście 230V, wyjście 12VDC, wbudowany akumulator.

Problem w tym, że muszę to "wprojektować" w płytę.
Niekoniecznie to musi być w jednym scalaku - może być przetwornica osobno a osobno układ ładowania, przełączania i kontroli rozładowania akumulatora.

Interesują mnie jakieś sprawdzone aplikacje.

PS
Ten Twój układ fajny, ale nie mogę znaleźć jakiś schematów, które by pokazywały typowe aplikacje.

Jest używany w sekcji zasilania Beagle Bone Black - schemat jest gdzieś na sieci.

Faktycznie jest, ale masz też racje - trochę zbyt rozbudowany jak na moje potrzeby - kilka LDO - niepotrzebne, I2C - zupełnie niepotrzebne, no i ten driver pod LED-y też niepotrzebne a generuje koszty układu scalonego

Muszę poszukać czegoś mniej rozbudowanego - dwa wejścia - w tym jedno bateryjne z możliwością ładowania i jedno wyjście 5V/2.5A

Na stronie TI dużo szukania (co nie znaczy, że nie będę szukał - dlatego podtrzymuję prośbę o ewentualną wskazówkę - może ktoś już coś podobnego robił i ma sprawdzonego scalaka lub schemat z funkcjonalnością jaką opisałem

Znalazłem układ, który by mnie zadowolił, ale nie do końca.
Otóż LTC4090-5 ma prawie to czego szukam.
Napięcie wejściowe do 36V, wejście na ogniwo litowo-jonowe z kontrolą ładowania.

ALE jest jeden problem - po zaniku napięcia zasilania na wyjściu pozostaje tylko napięcie ogniwa czyli 3.7V a mnie zależy na tym by to napięcie było równe 5V

Temat nadal aktualny - może ktoś się spotkał z podobnym układem?

Schemat poniżej:

Nikt nic nie pisze bo być może nie istnieje taki scalak, który zrealizuje moje założenia więc trzeba będzie bardziej rozbudować układ z przy okazji może temat ruszy i będzie większe zainteresowanie.

Temat wygląda tak:

Dwa źródła - podstawowe 12V(zasilacz) i awaryjne (aku li-jon 3.7V)

Dalej przetwornica step up/down z wyjściem 5V/2A oparta np na TPS55340.

PYTANIA:
- jak zrealizować przełączanie źródeł zasilania
- na jakim układzie zrealizować ładowanie ogniwa li-jon
- i bardzo istotna sprawa - jak zrealizować odcięcie zasilania przetwornicy z akumulatora aby uniknąć głębokiego rozładowania

3 ostatnie pytania i ich rozwiązanie najbardziej mnie interesuje

Dziękuje

Do zabezpieczenia aku można zastosować jakiś mikromocowy komparator i źródło odniesienia, lub dedykowany scalak, np:
bq297xy który odetnie baterie po spadku napięcia.
Przełączanie źródeł - 2 klucze mosfet - normalnie otwarty jest klucz baterii, jeżeli pojawi się napięcie na wejściu 12V, to ten jest blokowany, a włączany jest klucz 12V - można to zrobić na komparatorze albo nawet na paru rezystorach.

Twoje pomysły są super i oczywiście klikam pomógł, ale mam jeszcze coś.
Przeglądając ofertę TME natrafiłem na taki układzik jak BQ24070RHLT w cenie kilkunastu złotych.

O ile dobrze rozumuję z PDF to chyba spełni on moje oczekiwania.

Schemat wygląda tak:





Analizując zasadę działania tego układu wnioskuję, że przy aktywnym zasilaniu zewnętrznym odbiorniki są zasilane bezpośrednio a przy okazji ładowany jest akumulator.
Po zaniku zasilania głównego układ przełącza się na zasilanie awaryjne z ogniwa Li-jon.

Mam rację?
Muszę tylko doczytać czy układ zabezpiecza ogniwo przed zbyt głębokim rozładowaniem

Pomoże ktoś w interpretacji?

Zwróć uwagę, że scalak jest liniowy. Żeby uzyskać twoje 2.5A konieczna jest przetwornica obniżająca przed wejściem, bo inaczej układ się zagotuje na miękko.
Możesz zrobić na wejściu Step-Down na 5V, a na wyjściu przetwornicę Boost.
Z tego co widzę układ ten nie zapewnia zabezpieczenia baterii przed rozładowaniem.
Ja bym widział taki układ:
Osobna przetwornica obniżająca i podwyższająca oraz dedykowany scalak do zabezpieczenia baterii. Do ładowania baterii można wykorzystać np MCP73843.

Heh...też mnie zastanawiało to, że na wyjściu mam 4.4V przy wejściowym np 12V...
Przeglądam jeszcze ofertę TI w poszukiwaniu czegoś podobnego, ale z przetwornicą - tak jak pisałem w pierwszym wątku.

Generalnie wylałeś na mnie kubeł zimnej wody bo znalazłem też inne układy TI z większym prądem, ale wydaje się, że wszystko liniowe...

http://pl.farnell.com/webapp/wcs/stores/servlet/Search?catalogId=15001&langId=-22&storeId=10170&categoryId=700000004279&sort=P_ATT_BASE_VALUE_1002709_PL_PL|1&st=bq2&pageSize=25&beginIndex=2&showResults=true&aa=true

Twoje rozwiązanie jest jak najbardziej trafne i godne uwagi.
Martwią mnie tylko te dwie przetwornice bo to pociąga za sobą koszty no i przede wszystko rozbudowany układ - tego chciałem uniknąć idąc na łatwiznę i wykorzystując gotowy układ...


Kontynuując:
Ja już generalnie wykonałem urządzenie, które działa, ale z racji zastosowania akumulatorów NI-MH, przetwornicy tylko step-down oraz braku zabezpieczenia przed głębokim rozładowaniem trochę jest do bani.
Akumulatory zajmują dużo miejsca bo chcąc uzyskać jakieś przyzwoite parametry muszą mieć duża pojemność.
Dlatego chciałem przeskoczyć na aku ogniwo Li-Ion o znacznej pojemności i małych rozmiarach.
Przełączanie zasilania rozwiązałem na jednym kluczu.

Moja poprzednia wersja układu wyglądała tak:


A może tylko zmodyfikuję swoją poprzednią wersję?
Zamiast L5973 zastosuję jakaś step-up/step-down, dodam ładowarkę li-ion + zabezpieczenie i będzie lepiej?
Chciałem uniknąć tego rozwiązania ponieważ to mi komplikuje cały układ...
Dlatego szukałem jednej kości

W ofercie TI widzie prawie takie scalaki jak potrzebujesz...prawie, bo nie na 2,5A.
Szukaj Power Path, Liion charger, Switching, USB OTG.
Scalak ze wsparciem USB OTG miał wbudowaną przetwornicę boost na 5V, ale tylko 1A.

Znalazłem jeszcze "bq25895 I2C Controlled Single Cell 5-A Fast Charger with MaxChargeTM for High Input
Voltage and Adjustable Voltage 3.1A Boost Operation" ale narazie to jakaś nowość i w dokumentacji pusto.

Kilka razy zmieniałem poprzedni post - zapoznaj się z nim proszę...bo się rozpisałem

W takim razie na wejściu jakaś przetwornica obniżająca o wydajności 5V/(2.5A + prąd ładowania). Ona zasila wyjście i scalak do ładowania baterii (np. ten MCP - jest tani). Przetwornica Boost zasilana z baterii (np MAX1771) - ma wejście ON-OFF które można przełączać za pomocą komparatora - jeżeli nap. na wejściu AC spadnie, włączasz przetwornicę. I na koniec komparator mikromocowy + mikromocowe źródło odniesienia do zabezpieczenia baterii (steruje wejściem ON-OFF przetwornicy BOOST) lub dedykowany scalak. Nie wiem czy masz wybraną baterię. Niektóre są dostarczane z gotowym zabezpieczeniem, ale raczej te droższe.

Czyli mój pomysł powyżej jest nadal nietrafiony?

Chodzi o to żeby główne zasilanie puścić bezpośrednio na step-up/down np na TPS55340 - z 12V mam 5V na wyjściu i jest OK.
Dodatkowo puścić te 12v na MCP do ładowania ogniwa - może jak znacznie ograniczę prąd ładowania to wytrzyma...
Następnie zabezpieczenie ogniwa
Później klucz przełączający - tak jak to widać na schemacie, który wkleiłem powyżej.
W momencie zaniku zasilania głównego klucz załącza ogniwo, które zasila przetwornicę i mam 5V na wyjściu.
Układ zabezpieczający odcina ogniwo w przypadku zbytniego rozładowania.

Chciałbym jeszcze dodać, że nie będzie to urządzenie w którym występują częste zaniki głównego zasilania.
To nie jest urządzenie przenośne - zaniki zasilania występują dość rzadko.

Zadziała? Czy jeszcze nie bardzo?

Da radę, jeżeli dość mocno ograniczysz prąd ładowania + radiator. Ew można użyć jakiejś ładowarki impulsowej.
Wydaje mi się, że na schemacie Q3 powinien być na odwrót (D-S).

antrykot wrote:

Wydaje mi się, że na schemacie Q3 powinien być na odwrót (D-S).

- wielu osobom się tak wydawało, ale zapewniam, że jest OK

To powiem inaczej - w takim razie jest zbędny
Gdy jest obecne 12V, tranzystor ma nie przewodzić, a gdy jego brak ma przewodzić prąd z aku do szyny zasilającej. Więc źródło tranzystora typu P powinno być podłączone do "+" aku, tylko że wtedy dioda w nim przy obecności głównego napięcia będzie spolaryzowana w kierunku przewodzenia i będzie ładowała akumulator. Moim zdaniem wystarczy dioda schottkiego, bo ten tranzystor i tak nie działa (przewodzi w nim właśnie tylko ta dioda).

antrykot wrote:

To powiem inaczej - w takim razie jest zbędny
Gdy jest obecne 12V, tranzystor ma nie przewodzić, a gdy jego brak ma przewodzić prąd z aku do szyny zasilającej. Więc źródło tranzystora typu P powinno być podłączone do "+" aku, tylko że wtedy dioda w nim przy obecności głównego napięcia będzie spolaryzowana w kierunku przewodzenia i będzie ładowała akumulator. Moim zdaniem wystarczy dioda schottkiego, bo ten tranzystor i tak nie działa (przewodzi w nim właśnie tylko ta dioda).

Mógłbyś mi to narysować bo nie rozumiem
Jak będziesz miał chwilę narysuj na kartce i wrzuć foto
Dziekuje

Ty masz wersję 2, w której tranzystor wogóle nie pełni roli klucza, a działa w nim jedynie wbudowana dioda.

W wersji 1, w której tranzystor działa, akumulator byłby zasilany przez diodę co jest niedopuszcalne.

Więc proponuję ci wersję 3 - tylko diodę. Upraszcza układ.

Tak się zastanawiam czy w obecnych czasach opłaca się w projektowanym urządzeniu projektować tor zasilania z przetwornicą???
Przecież można kupić przetwornicę za kilka złotych...
Odpowiedź na moje pytanie poniżej...

Pomysłów mam wiele na układ z tego wątku - a to przetwornica obniżająca, a to jedna obniżająca a druga podwyższająca a to obie w jednym.

Ale po co....

Dwie przetwornice to koszty
Step-up/Step-down np na jakimś układzie to też koszt - sam scalak to około 20 zł netto w detalu + dodatkowe elementy - pewnie wyjdzie z 40 zł

A tu patrzę i co widzę?
Na popularnym portalu aukcyjnym przetwornica step-UP/DOWN o zacnych parametrach bo aż 3A na wyjściu za 15.50 zł brutto - noż k........

Czy w Chinach scalaki, pcb i inne komponenty rosną na drzewach, że to takie tanie???

Jakość wykonania patrząc na zdjęcia też nie budzi zastrzeżeń.

Przetwornica oparta na LM2577 - przecież sam taki układ w TME kosztuje 27 zł a gdzie płytka, pozostałe elementy, montaż itp...

Idąc dalej tym tropem zacząłem szukać dalej - i co znalazłem?

W pełni funkcjonalny układ ładowania i zabezpieczenia ogniwa li-ion - 8.5 zł
Po co się stresować i projektować taki układ na PCB skoro można kupić za grosze?

Nie mówię już o przetwornicy 230VAC / 12VDC - zasilacz o wydajności prądowej 1.5 A - 6 zł ... owszem tu pewnie o jakości nie można wiele powiedzieć, ale na pewno działać będzie.

Wystarczy w projektowanym urządzeniu uwzględnić miejsce na płytkę, 4 goldpiny i jakieś 2-3 extra kondensatory i po temacie.

Nie będę ciągnął tych rozważań dalej bo zaraz wyjdzie, że lepiej kupić gotowe (podobne do projektowanego) urządzenie i wyjdzie albo tyle samo albo taniej...

Masakra...

Do pojedynczych sztuk często opłaca się adaptować istniejące rozwiązania. Gdybyś chciał tego 1000 sztuk pewnie wyszło by taniej zrobić samemu na płycie urządzenia.
Ja ostatnio dla znajomego miałem zrobić kilka sensorów (spiętych RS485). Już miałem projekt płytki, ale potem okazało się, że na allegro małe Arduino jest w cenie mojego procka (a gdzie płytka, składanie, lutowanie itp). Takie życie

Niestety - takie życie - naprawdę ciężko trafić w urządzenie, które opłaca się produkować...chyba, że jakiś specjalistyczny sterownik, który dedykowany jest do konkretnego celu.

Urządzenie dla którego założyłem ten wątek będzie wyprodukowane w ilości około 50-100 sztuk w ciągu najbliższych 2 lat - więc niewiele.

Znajomy kiedyś mi wspominał, że chciałby urządzenie-alarm, który będzie kontrolował stan 2 czujników i w przypadku naruszenia wysyła sms włamaniu i uruchamia syrenę.
Dodatkowo możliwość rozbrojenia z pilota.

Liczę, liczę i trochę grosza wyjdzie bo moduł GSM, obudowy, anteny, moduły RF, pilot, dodatkowy akumulator z układem ładowania, zasilacz, sygnalizator itd itd

Patrzę na A...gro a tam kompletny system alarmowy spełniający oczekiwania z pilotami, zasilaczem, wbudowanym akumulatorem, syreną i innymi cudami w komplecie za.....199 zł brutto - nie wiem czy części bym kupił za tę kwotę a gdzie pcb, montaż, czas i zysk...