Umschalten zwischen Batterie und USB mit Dioden-ODER-Logik

Ich habe einen Raspberry Pi, der über ein USB-Kabel eines Samsung-Ladegeräts mit Strom versorgt wird. Da mein College häufig Stromausfälle hat, habe ich einen Basisschalter entwickelt, mit dem automatisch über eine tragbare mobile Batterie und die USB-Stromversorgung mithilfe eines Dioden-ODER-Gatters umgeschaltet werden kann. Die Strecke wurde von hier genommen und sieht folgendermaßen aus:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Da dies nun ein sehr einfacher Weg ist, um meinen Zweck zu erreichen, möchte ich wissen, welche Stromquelle verbraucht wird, wenn beide angeschlossen sind. Vielleicht über eine LED-Anzeige oder so. Die Hauptgrundlage für diese Schaltung ist die Tatsache, dass mein Eingang V1eine höhere Spannung hat als die von BAT. Der Unterschied zwischen den beiden Eingabequellen ist jedoch gering. Zum Beispiel gibt mein 2,1-A-Samsung-Ladegerät ungefähr 5,3 V aus, während mein tragbarer Akku ungefähr 5,1 V ausgibt. Dieser Unterschied scheint jedoch mit der hier angegebenen Schaltung gut zu funktionieren. Um sicher zu sein, möchte ich einen Indikator, der überprüft, welcher Eingang derzeit aktiv ist.

Sie bitten um Hilfe beim Hinzufügen einer LED-Anzeige, aber es gibt einige andere Probleme mit Ihrer Schaltung. Der Pi kann instabil werden, wenn er weniger als 5,0 Volt erhält, und die 1N4007-Dioden haben einen Abfall von 0,8 oder 0,9 Volt. Eine Lösung besteht darin, Schottky-Dioden wie die 1N5820 zu verwenden, die nur einen Spannungsabfall von 0,3 aufweisen.

Eine Alternative zu Dioden, die eine bessere Spannung für den Pi liefern würden, ist diese Schaltung:

Hier wird ein P-Kanal-MOSFET verwendet, um die Batterie mit dem Pi zu verbinden, wenn die Hauptstromversorgung abfällt. Der Komparator (LM293) vergleicht die Batteriespannung mit der Hauptstromspannung. Wenn die Hauptspannung unter die Batteriespannung fällt, wird der MOSFET eingeschaltet und die LED leuchtet. Die niedrige EIN - Widerstand des IRF4905 sorgt der Spannungsabfall von der Batterie unterhalb 0,1 Volt ist , wenn der MOSFET Vgs = -5V. Die Batterie versorgt den Pi mit Strom, bis die Hauptspannung wiederhergestellt ist, da der Komparator dann den MOSFET ausschaltet.

Bearbeiten: Einige Details.

Es gibt einige Fehlerquellen in der Schaltung, die sie weniger genau machen, aber für den beabsichtigten Zweck gut genug sind. Die Toleranz der 10k-Widerstände und die Komparator-Offset-Spannung können den Schaltpunkt geringfügig ändern. Der 1k-Widerstand wird benötigt (nicht 220 Ohm), da der LM293 nicht viel Strom aufnehmen kann. Der MOSFET Q1 muss einen niedrigen Widerstand haben, wenn Vgs -5,0 Volt beträgt (IRF7410 ist eine ausgezeichnete Wahl, aber nur in Oberflächenmontage erhältlich). Wenn Vbat und Vin nahezu gleich sind, kann Rauschen aufgrund der variablen Pi-Verarbeitung dazu führen, dass der MOSFET schnell ein- und ausgeschaltet wird. Dies kann zu unerwünschter Wärme im MOSFET führen. Ein Kondensator an einem der Spannungsteiler stoppt schnelle Schwingungen (verlangsamt jedoch die Reaktion auf einen abnehmenden Vin). Außerdem wurde die Schaltung schnell entworfen und nicht simuliert oder getestet ...

Edit 3: Eine Korrektur.

Wenn die Stromversorgung Vin mehr als 700 mV über Vbat liegt, leitet die integrierte Sperrdiode im MOSFET und versucht, die Batterie von der Stromversorgung zu laden. Dies ist wahrscheinlich nicht das, was Sie wollen. Eine Schottky-Diode in Reihe mit Q1 würde den Rückstrom verhindern, aber dies würde den Zweck des MOSFET zunichte machen! Ich habe den cleveren Trick mit Back-to-Back-MOSFETs angewendet . Durch die Installation von 2 MOSFETs mit einem gemeinsamen Drain oder einer gemeinsamen Source wird das Stromdiodenstromleck blockiert. Das Paar hat den doppelten Widerstand (Rds on), dies ist jedoch in dieser Anwendung nicht wichtig.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Sie können einen kleinen 10-mΩ- oder 100-mΩ-Widerstand (Shunt-Widerstand genannt) in Reihe an jeden Stromeingangspfad vor der Diode schalten und einen Allzweck-Operationsverstärker mit zwei Gehäusen verwenden und mit zwei davon die Shunt-Widerstände unabhängig voneinander überwachen. Wenn ein beliebiger Strom durch den Widerstand fließt (z. B. 200 mA), kann Ihr Operationsverstärker Strom über eine LED liefern / senken, um anzuzeigen, welcher Eingang Strom liefert.

Wenn Sie einen 100-mΩ-Widerstand hätten und 200 mA durch ihn gehen würden, würde die darüber aufgebaute Spannung 20 mV betragen. Sie sollten dies verstärken, um die zweite Stufe des Operationsverstärkers als Komparator zuverlässiger und einfacher zu machen. Möglicherweise beträgt die Ausgangsverstärkung des ersten Operationsverstärkers 20. Dies bedeutet, dass Ihre Vergleichsspannung für einen "EIN" -Zustand 0,4 V beträgt.

Ihr Operationsverstärker der zweiten Stufe verwendet dann eine Spannungsteilerreferenz von der 5-V-Schiene als Eingang zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers. 0,4 V sind im Grunde genommen 1/11, sodass Sie herausfinden können, welche Widerstandswerte dafür funktionieren, vielleicht etwas Einfaches wie 10 kΩ und 100 kΩ (was ein Verhältnis von 0,091 ergibt). Der nicht invertierende Eingang ist die Ausgangsstufe des ersten Operationsverstärkers, und ohne Rückkopplung arbeitet der Operationsverstärker im offenen Regelkreis (enorme Verstärkung, im Grunde EIN oder AUS, basierend auf dem Vergleichseingang).

Schließlich durchläuft der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers einen Widerstand und eine LED zur einfachen Anzeige des Stroms, der für diesen bestimmten Eingang durch den Nebenschlusswiderstand fließt. Ein sehr einfacher billiger Allzweck-Operationsverstärker funktioniert dafür, und die Schaltung ist sehr einfach. Sie sollten in der Lage sein, alle Teile und Prototyping-Boards an Ihrer Universität zu finden, und dies alles funktioniert sehr schnell.

Eine andere Lösung ist die folgende Schaltung, die hier zu finden ist . Es wurde auch schon in Stackexchange besprochen .

Ich bin mir nur nicht sicher, welche Vor- und Nachteile diese Schaltung im Vergleich zu der von CarpetPython bereitgestellten Schaltung hat.

Vielleicht könnte jemand das klären?

Überprüfen Sie diese Schaltung mit dem LTC4412. Es erledigt den gesamten Job und zeigt die Anzeige "On Battery" an.

http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn1003f.pdf