В сети нашлось готовое решение, основанное на использовании полевого МОП-транзистора с каналом p-типа (p-channel MOSFET). Оригинал схемы приведен в документе фирмы Microchip MCP7383X Li-Ion System Power Path Management Reference Design.
Самое интересное в данной схеме - включение транзистора Q1:
- сток (drain) подключен к "плюсу" аккумулятора;
- исток (source) - выходная точка схемы - к нагрузке;
- затвор (gate) с подтяжкой к земле через резистор R_pull подключен к выводу внешнего источника.
- Vd = V_cell = 3,7V - номинальное напряжение аккумулятора;
- Vg = 0, благодаря подтягивающему резистору R_pull;
- Vs = Vd + Vsd ≈ 3,7 - 1,2 = 2,5V, где Vsd - прямое падение напряжения на защитном диоде, входящем в состав транзистора (знаки определяется выражением Vsd = Vs - Vd).
При этом важным для правильного выбора транзистора становится такой параметр, как низкая величина порогового напряжения включения Vgs(th). Для данного случая хорошо подходят так называемые транзисторы с логическим уровнем (logic level mosfet).
При подключении внешнего источника с Vin = 5V, напряжения на входах транзистора выглядят следующим образом:
- Vd = V_cell = 3,7V, - остается прежним;
- Vg = Vin = 5V, подключено к внешнему источнику;
- Vs = Vin - V_d1 ≈ 5 - 1,2 = 3,8V, где V_d1 - прямое падение напряжения на диоде D1.
Напряжение затвор-исток в этом случае равно Vgs = V_d1 ≈ 1,2V. Транзистор полностью закрыт, защитный диод смещен в обратном направлении: аккумулятор отключен от нагрузки, производится его зарядка контроллером MCP73833. Питание на нагрузку подается от внешнего источника через диод D1.
Пример реализации данной схемы. О производстве этой платы я писал в предыдущем посте.
Здесь используются контроллер зарядки MCP73831 и транзистор IRF7410. При выборе транзистора ключевыми для меня были следующие параметры:
- низкое сопротивление канала в открытом состоянии: Rds(on) max = 9 mOhm при Vgs = -2.5V;
- низкая величина порогового напряжения включения Vgs(th) min = -0.4V;
- достаточная величина тока стока Id max = 16A (в данном случае с большим запасом).
Также к достоинствам этого транзистора можно отнести его относительная доступность (порядка 40 руб. на август 2018) и, что немаловажно, возможность промоделировать его работу: в системе Proteus он присутствует в библиотеке "IRPOWER".
Видно, что схема работает правильно, при этом на транзисторе должно падать всего 1,9 мВ. Очень интересно сравнить данные моделирования с практикой. Та же самая схема на готовой плате
Нагрузка - 10 Ом, напряжение на аккумуляторе 3,63 В, напряжение на нагрузке 3,59 В, падение напряжения на транзисторе Vds = 1,5 мВ. Резистор ощутимо греется :)
Есть некоторые различия, но в целом, можно сказать, что теория с практикой сходятся - потери в транзисторе очень малы. Разницу между напряжениями на аккумуляторе и на нагрузке можно объяснить последовательно включаемым сопротивлением дорожек платы и контактов клеммников:
Есть некоторые различия, но в целом, можно сказать, что теория с практикой сходятся - потери в транзисторе очень малы. Разницу между напряжениями на аккумуляторе и на нагрузке можно объяснить последовательно включаемым сопротивлением дорожек платы и контактов клеммников:
R_pcb = (V_bat - V_load) / I_load = (3,63 - 3,59) / 0,36 ≈ 0,11 Ом,
что вполне похоже на правду.
При подключении внешнего источника транзистор закрывается. Через него течет только ток утечки Idss (Drain-to-Source Leakage Current) величиной несколько мкА.
При подключении внешнего питания к реальной плате, происходит зарядка аккумулятора контроллером MCP73831.
Пара слов о контроллере MCP73831: он очень простой и поэтому недорогой (около 30 руб.). Заряжает током до 0,5 А (для USB 2.0 - самое то), максимальный ток заряда регулируется резистором R3. Статус работы контроллера можно отследить по диоду D3 (красный диод на плате): горит - значит идет зарядка.
Ссылки на описание схемы на electronics.stackexchange.com (англ.): здесь и здесь. Подробное описание на русском параметров полевых транзисторов.
Спасибо за внимание! Let`s go design!
Комментарии
Отправить комментарий