Chuyển đổi giữa pin và USB bằng cách sử dụng diode HOẶC logic

Tôi có Raspberry Pi được cung cấp bởi cáp USB từ bộ sạc Samsung. Bây giờ vì trường đại học của tôi thường xuyên bị cắt điện, tôi đã thiết kế một công tắc cơ bản để tự động chuyển đổi giữa pin di động và nguồn USB sử dụng cổng OR diode. Mạch đã được lấy từ đây và trông như thế này:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Vì vậy, bây giờ, coi đây là một cách rất đơn giản để đạt được mục đích của tôi, điều tôi muốn biết là nguồn năng lượng nào đang được sử dụng hết khi cả hai được kết nối. Có thể thông qua một số đèn LED hoặc một cái gì đó. Cơ sở chính cho mạch này là thực tế là đầu vào của tôi V1có điện áp cao hơn so với nguồn gốc BAT. Tuy nhiên, sự khác biệt giữa hai nguồn đầu vào là cận biên. Ví dụ, bộ sạc Samsung 2.1 của tôi xuất ra khoảng 5,3 V trong khi pin di động của tôi xuất ra khoảng 5,1 V. Tuy nhiên, sự khác biệt này dường như hoạt động tốt với mạch được đưa ra ở đây. Nhưng, để chắc chắn, tôi muốn một số chỉ báo để kiểm tra xem đầu vào nào đang hoạt động.

Bạn đang yêu cầu trợ giúp thêm một đèn LED, nhưng có một số vấn đề khác với mạch của bạn. Pi có thể trở nên không ổn định khi được cung cấp dưới 5.0 volt và điốt 1N4007 có mức giảm 0,8 hoặc 0,9 volt. Một giải pháp là sử dụng điốt Schottky như 1N5820 chỉ có mức giảm 0,3 volt.

Một thay thế cho điốt sẽ cung cấp điện áp tốt hơn cho Pi là mạch này:

Ở đây, MOSFET kênh P được sử dụng để kết nối pin với Pi khi nguồn điện chính giảm. Bộ so sánh (LM293) so sánh điện áp pin với điện áp nguồn chính. Khi điện áp chính giảm xuống dưới điện áp pin, MOSFET sẽ được bật và đèn LED sáng. Với mức thấp nhất trên kháng của IRF4905 đảm bảo sự sụt giảm điện áp từ pin là dưới 0,1 volt khi MOSFET VGS = -5V. Pin sẽ cấp nguồn cho Pi cho đến khi điện áp chính được phục hồi, do đó bộ so sánh sẽ tắt MOSFET.

Chỉnh sửa: Một số chi tiết.

Có một số nguồn lỗi trong mạch làm cho nó ít chính xác hơn, nhưng đủ tốt cho mục đích dự định. Dung sai của điện trở 10k và điện áp bù so sánh có thể thay đổi một chút điểm chuyển mạch. Cần có điện trở 1k (không phải 220 ohm) vì LM293 không thể chìm nhiều dòng điện. MOSFET Q1 phải có điện trở thấp khi VSS là -5.0 volt (IRF7410 là một lựa chọn tuyệt vời nhưng chỉ có sẵn trong giá treo bề mặt). Khi Vbat và Vin gần như bằng nhau, nhiễu do xử lý Pi biến đổi có thể khiến MOSFET nhanh chóng bật và tắt. Điều này có thể gây ra nhiệt không mong muốn trong MOSFET. Một tụ điện trên một trong các bộ chia điện áp sẽ ngăn chặn mọi dao động nhanh (nhưng làm chậm phản ứng với Vin giảm). Ngoài ra, mạch đã được thiết kế nhanh chóng và không được mô phỏng hoặc thử nghiệm ...

Chỉnh sửa 3: Một sự điều chỉnh.

Nếu nguồn cung cấp năng lượng Vin cao hơn 700 mV so với Vbat, thì diode phân cực ngược tích hợp trong MOSFET sẽ tiến hành và cố gắng sạc pin từ nguồn điện. Đây có lẽ không phải là những gì bạn muốn. Một diode Schottky nối tiếp với Q1 sẽ ngăn dòng điện ngược, nhưng điều này sẽ đánh bại mục đích của MOSFET! Tôi đã áp dụng thủ thuật thông minh với các MOSFET back-to-back . Bằng cách cài đặt 2 MOSFET với một cống chung hoặc nguồn chung, rò rỉ dòng diode cơ thể bị chặn. Cặp này sẽ có điện trở gấp đôi (bật Rds), nhưng điều này không quan trọng trong ứng dụng này.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Bạn có thể đặt một điện trở nhỏ 10mΩ hoặc 100m little (được gọi là điện trở shunt) nối tiếp trên mỗi đường dẫn đầu vào nguồn trước diode và sử dụng op-amp hai mục đích chung và sử dụng hai trong số đó, giám sát độc lập các điện trở shunt. Khi một số dòng điện tùy ý chạy qua điện trở (ví dụ 200mA), op-amp của bạn sẽ có thể cấp nguồn / dòng chìm thông qua một đèn LED để cho biết đầu vào nào đang cung cấp năng lượng.

Nếu bạn có điện trở 100mΩ và 200mA đi qua nó, điện áp tích lũy trên nó sẽ là 20mV. Bạn sẽ muốn khuếch đại điều này để làm cho nó trở nên đáng tin cậy hơn và dễ dàng hơn cho giai đoạn thứ hai của op-amp hoạt động như một bộ so sánh. Có thể mức tăng đầu ra của op-amp đầu tiên sẽ là 20. Điều này có nghĩa là điện áp so sánh của bạn cho điều kiện "BẬT" sẽ là 0,4V.

Op-amp giai đoạn thứ hai của bạn sau đó sẽ sử dụng tham chiếu bộ chia điện áp từ đường ray 5V làm đầu vào cho đầu vào đảo ngược của op-amp. 0,4V về cơ bản là 1/11 vì vậy bạn có thể tìm thấy bất kỳ giá trị điện trở nào hoạt động cho điều này, có thể là một cái gì đó đơn giản như 10KΩ và 100KΩ (cho bạn tỷ lệ 0,091). Đầu vào không đảo ngược là giai đoạn đầu ra của op-amp đầu tiên và không có phản hồi, op-amp sẽ hoạt động theo vòng mở (mức tăng lớn, về cơ bản là BẬT hoặc TẮT dựa trên đầu vào so sánh).

Cuối cùng, đầu ra của op-amp thứ hai sẽ đi qua một điện trở và đèn LED để chỉ thị đơn giản dòng điện chạy qua điện trở shunt cho đầu vào cụ thể đó. Một op-amp mục đích chung giá rẻ rất đơn giản sẽ hoạt động cho việc này, và mạch rất đơn giản. Bạn sẽ có thể tìm thấy tất cả các bộ phận và bảng mẫu tại trường đại học của bạn, và tất cả điều này làm việc rất nhanh chóng.

Một giải pháp khác là mạch dưới đây, có thể được tìm thấy ở đây . Nó cũng đã được thảo luận trong Stackexchange trước đây.

Tôi chỉ không chắc chắn những lợi thế và bất lợi là gì khi sử dụng mạch này so với mạch được cung cấp bởi RugPython.

Có lẽ ai đó có thể làm rõ điều này?

Kiểm tra mạch này bằng LTC4412. Nó thực hiện toàn bộ công việc và cung cấp chỉ báo "Bật pin".

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