Conmutador de alimentación de 5v: fuente de alimentación ininterrumpida

Sé que hay algunas otras preguntas similares a la mía, pero después de revisar las respuestas, no parece que sea lo que necesito. También miré el circuito Arduino Due/Uno, y no son exactamente lo que busco.

Así que tengo una carga que requiere 5v, con un consumo de corriente máximo de 500mA, ~250 típico. También tengo una batería lipo de respaldo 3s reducida a 5 con un regulador de conmutación. Mi circuito siempre debe tener 5v; Estoy ejecutando un controlador de vuelo, cualquier breve pérdida de energía inicia un reinicio completo (no es útil durante el vuelo). El FC generalmente se alimenta a través de USB, sin embargo, para mis aplicaciones, esta fuente de alimentación USB tiene el potencial de perder energía. Lo que estoy buscando es un circuito que pueda cambiar entre el USB y el LiPo/5vReg en caso de pérdida de energía del USB, mientras mantiene un suministro constante de voltaje y corriente.

Investigaciones anteriores:

Tener dos fuentes de alimentación unidas después de un diodo en cada fuente no funcionará. Todo mi circuito está construido alrededor de una referencia de 5 voltios, e incluso una pequeña caída de voltaje directo de 450 mV de un diodo schottky no funcionará.ingrese la descripción de la imagen aquí

Mosfets: Intenté usar un FET de canal P con un RDS muy bajo. Mi primer intento fue algo como esto:

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La teoría detrás de esto era que los 5v del USB mantendrían el FET "apagado", y una vez que se perdiera la fuente de alimentación del USB, R2 bajaría la puerta, encendiendo el FET, permitiendo que 5v fluyan desde la copia de seguridad a la carga. . Por supuesto, esto no funciona, porque los 5v regresan a la entrada USB, a través de lo que ahora es un divisor de voltaje, y mantiene el fet en un extraño estado medio saturado. Obtuve ~ 3v en la salida. (Sé que no proporcioné detalles).

Así que pensé que para detener eso, solo ponía un schottky en el USB de 5v, bastante fácil, ¿no? ingrese la descripción de la imagen aquíEsto funcionó en el sentido de que el FET permaneció encendido, sin embargo, me lleva de vuelta a mi problema original, todavía hay una caída de voltaje en el diodo mientras estoy usando la alimentación USB. Así que eso no funcionará.

Después de más agotamiento de cerebros, estaba pensando que podría usar una puerta NAND, pensando que cuando perdiera la alimentación USB, la salida NAND aumentaría, encendiendo mi FET. Todavía tengo el mismo problema con el circuito FET anterior, necesitaría un diodo en la línea USB de 5V para evitar que desactive la puerta NAND (haciendo una copia de seguridad de 5v que fluye hacia la puerta de entrada USB). Básicamente, esto es solo un desperdicio de circuitos adicionales de todos modos.

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Aún queda otro problema por resolver, si uso un FET para cambiar las fuentes, necesito un condensador para proporcionar energía constante durante el período de conmutación, no puedo tener ni siquiera unos pocos milisegundos de pérdida de energía. También necesito un cambiador. Conservar la energía de la batería es fundamental. Si tengo alimentación USB, no quiero que se agote la batería.

Así que eso es con lo que estoy luchando. ¡Espero sus respuestas! Espero haber proporcionado suficiente información/investigación sobre esta pregunta.

ACTUALIZAR:

Preparé el circuito a continuación, probaré aquí en breve. La idea es que una vez que se encienda la copia de seguridad de 5.5v, apagará el FET USB, evitando que el voltaje regrese al USB. El diodo es para evitar que el USB se apague. Si esto realmente funciona o no, no estoy seguro, las pruebas comenzarán en breve. ¿Algún comentario sobre este circuito?

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Probablemente sea una pregunta ingenua, pero ¿hay alguna razón por la que no pueda usar un convertidor elevador (o reductor/elevador) justo antes de la carga para compensar la caída de voltaje introducida por los diodos de protección D1/D2?
@MatijaNalis esa no es una mala idea para una solución temporal
@HavocRC ¿Cuáles fueron los resultados del último circuito que se muestra en la "Actualización"? ¿Funcionó? En caso afirmativo, ¿qué diodo y MOSFET se usaron?
@IvyGrowing no lo hizo. Seguí con el diseño similar al primer esquema que cargué.

Respuestas (1)

Hay circuitos integrados de administración del sistema de respaldo de batería que están diseñados para realizar este tipo de tareas. En una búsqueda rápida encontré este , pero no parece satisfacer sus requisitos de corriente y caída de voltaje.

Existen circuitos integrados similares , diseñados para impulsar PFET externos, que pueden impulsar la carga y proporcionar más flexibilidad para satisfacer las restricciones de diseño.

Si desea construir uno propio, la solución básica es usar un par de PFET para cambiar las fuentes, un comparador para determinar cuándo el suministro está por debajo del umbral, un inversor (o transistor) para impulsar diferencialmente ambas puertas y (quizás ) un par de diodos para garantizar que esta parte del circuito esté siempre alimentada. Algo como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Debe asegurarse de que el comparador y el inversor permanezcan dentro de las especificaciones (es decir, los voltajes de entrada y salida no excedan las clasificaciones máximas de las fuentes de alimentación), por lo que se necesitarán algunos detalles de diseño más.

Editar: es posible que deba conectar esos PFETS al revés, ya que los diodos a granel pueden comenzar a conducir cuando se invierte la energía (la conducción directa no debería ser un problema y los diodos FET de potencia normalmente pueden manejar la corriente. Incluso hacer que D1 y D2 sean innecesarios. Use diodos Schottky si se trata

Me gusta a dónde vas con este circuito de arriba, sin embargo, necesita trabajo. ¿Conoce un circuito que no venga con la nota posterior "podría necesitar poner los pies al revés, y es posible que tampoco necesite diodos"?
@HavocRC mire la hoja de datos del IC I vinculado anteriormente ( analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… ) su solución para los FET inversos es poner el FET al revés y/o poner dos FET espalda con espalda para garantizar el bloqueo del flujo de corriente. Excepto por el diodo de sustrato, los FET funcionan exactamente igual en cualquier dirección, estos no tienen el dopaje E / C diferente que tienen los bipolares que cambian las características de la unión.
No me di cuenta de que los FET pueden conducir de cualquier manera, pero tiene sentido ahora que realmente lo pienso, obviamente tomando nota del diodo y sus características inversas y demás.
Otra advertencia. El comparador no puede ser de colector abierto. De lo contrario, el PFET se encenderá cuando esté alimentado por la batería. Esto significa que las resistencias tampoco son necesarias.