Estoy diseñando una fuente de alimentación para un sistema que requiere un riel de alimentación lógica de 3.3 V, impulsado por una batería seleccionada por el usuario.
Mis requisitos son los siguientes:
- Voltaje de entrada entre 7V y 18V: las baterías habituales son 7.4 / 11.1 / 14.8V LiPo, o 8.4 / 9.6V NiMH. Algunos usuarios pueden elegir una batería de 9.9V LiFe PO4, pero esto es inusual.
- Salida de 3.3V (las tolerancias de AP1509-33 son aceptables).
- 1500mA continuo, 1800mA pico.
- Corriente de reposo < 25mA.
- Protección contra tensión inversa.
- Protección contra sobretensiones.
- Límite de corriente de arranque en el lado de 3.3V (debido a C4 en el diseño a continuación).
- Inicio diferido para asegurar que haya voltaje estable disponible en el inicio.
- Detección de voltaje de la batería (a través de un microcontrolador ADC).
- Detección de voltaje regulado (a través del IC del monitor de potencia INA219).
- Protección contra sobrecorriente y sobrecalentamiento con redundancia.
- Sin fusibles reemplazables: solo polifuse (aunque muchos usuarios instalarán un fusible de cartucho en línea estándar de todos modos).
- Huella de diseño pequeño.
Aquí están mis esquemas:
Hojasdedatos:
- U2:
- P1: MOSFET de canal P FDD4141: -40V, -50A, 12.3mΩ
- D1: diodo Schottky 1N5822
- D3, D4: Diodos Zener de la serie 1N47xx
- U5, U12: INA219 Zero-Drift, Monitor de corriente / alimentación bidireccional con interfaz I2C
En los esquemas sobre la red de tierra está directamente conectado al negativo de la batería.
Tanto F1 como F2 son polifusibles. F1 tiene un tiempo de viaje de alrededor de 4.0s a 750mA, cayendo rápidamente a corrientes más altas. F2 es un polyfuse muy rápido con un tiempo de disparo de un segundo a 2000mA. No puedo encontrar las hojas de datos exactas o los números de pieza para ellos en este momento.
Utilicé un MOSFET de canal P para protección de voltaje inverso en lugar de un diodo para eficiencia. El FD4141 se seleccionó simplemente porque es el MOSFET más barato que encontré que tiene los valores de voltaje y corriente adecuados y un Rds bajo (activado).
D4 está diseñado para derivar la corriente una vez que BATT_PP supera los 20 V, disparando rápidamente F1. Esto debería cubrir los escenarios de sobretensión.
El divisor de tensión y la disposición zener (R2, R3, D3) produce una tensión de detección que acciona directamente un pin ADC en un microcontrolador. En BATT_PP = 20V, D4 comienza a conducir y VSENSE nunca excede de alrededor de 3.2V. Debajo de esto hay una relación más o menos lineal entre BATT_PP y VSENSE. Estoy usando esto como un chequeo inicial de "voltaje correcto" barato antes de encender los dispositivos periféricos.
Según la hoja de datos, la disposición de C5 y R1 en el pin de apagado (SD) del AP1509-33 provoca un arranque suave y debería limitar la corriente de entrada en el lado de 3.3V.
L1, C4 y C9 se eligen de acuerdo con la hoja de datos y el consejo estándar sobre el diseño de la fuente de alimentación. D1 fue elegido en base a otros circuitos que encontré en línea, ya que la hoja de datos no fue muy útil a este respecto.
El resto del circuito mostrado es simplemente un par de circuitos integrados de monitor de potencia INA219 que brindan un monitoreo más preciso de los voltajes del sistema. Se emite una alerta si se exceden los rangos esperados. Actualmente, mi diseño no permite el apagado automático de la fuente de alimentación, aunque el AP1509 en sí tiene protección contra sobrecalentamiento incorporada.
¿Este diseño se ve bien? ¿Mis decisiones suenan sensatas? ¿Hay alguna mejora que puedas hacer?
EDIT:
Algunos errores detectados por un amigo en Twitter:
- La resistencia de detección de voltaje de la batería (R9) debe aparecer después de Q1, no antes, porque el INA219 no admite la detección de voltaje inverso.
- El límite de sobrecarga del D4 es de 250 mA, que es insuficiente. Lo reemplazaré por algo con una calificación actual de 2A +.
- F1 y F2 no son paquetes 0805, son 1210.
También señalaron que probablemente valga la pena usar gorras de tantalio para C4 y C9 debido a su menor ESR. Esto parece sensato.