Conmutación entre la batería y el USB mediante la lógica OR del diodo

Question

Tengo una Raspberry Pi que se alimenta con un cable USB de un cargador Samsung. Ahora bien, como en mi universidad se producen frecuentes cortes de luz, he diseñado un interruptor básico para cambiar automáticamente entre la batería del móvil portátil y la alimentación por USB utilizando una puerta OR de diodos. El circuito ha sido tomado de aquí y se ve así:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Así que ahora, teniendo en cuenta que es una forma muy sencilla de conseguir mi propósito, lo que me gustaría saber es qué fuente de energía se está consumiendo cuando ambas están conectadas. Quizás a través de algún indicador LED o algo así. La base principal de este circuito es el hecho de que mi entrada V1 tiene un voltaje más alto que el que viene de BAT . Sin embargo, la diferencia entre las dos fuentes de entrada es marginal. Por ejemplo, mi cargador Samsung de 2,1 A produce alrededor de 5,3 V mientras que mi batería portátil produce alrededor de 5,1 V. Sin embargo, esta diferencia parece funcionar bien con el circuito dado aquí. Pero, para estar seguro, me gustaría tener algún indicador para comprobar qué entrada está activa actualmente.

Answer 1

Estás pidiendo ayuda para añadir un indicador LED, pero hay algunos otros problemas con tu circuito. El Pi puede convertirse en inestable cuando se le da menos de 5,0 voltios, y los diodos 1N4007 tienen una caída de 0,8 o 0,9 voltios. Una solución es utilizar diodos Schottky como el 1N5820 que sólo tienen una caída de 0,3 voltios.

Una alternativa a los diodos que proporcionaría un mejor voltaje para la Pi es este circuito:

Aquí se utiliza un MOSFET de canal P para conectar la batería con la Pi cuando la fuente de alimentación principal cae. El comparador (LM293) compara el voltaje de la batería con el de la alimentación principal. Cuando el voltaje principal cae por debajo del voltaje de la batería, el MOSFET se enciende y el LED se ilumina. La baja sobre la resistencia del IRF4905 asegura que la caída de tensión de la batería sea inferior a 0,1 voltios cuando el MOSFET Vgs=-5V. La batería alimentará la Pi hasta que se restablezca la tensión principal, ya que el comparador apagará entonces el MOSFET.

Edición: Algunos detalles.

Hay algunas fuentes de error en el circuito que lo hacen menos preciso, pero lo suficientemente bueno para el propósito previsto. La tolerancia de las resistencias de 10k y la tensión de offset del comparador pueden cambiar ligeramente el punto de conmutación. La resistencia de 1k es necesaria (no de 220 ohmios) ya que el LM293 no puede absorber mucha corriente. El MOSFET Q1 debe tener una baja resistencia cuando Vgs es de -5,0 voltios (el IRF7410 es una excelente opción pero sólo está disponible en montaje superficial). Cuando Vbat y Vin son casi iguales, el ruido debido al procesamiento variable de Pi puede hacer que el MOSFET se encienda y apague rápidamente. Esto puede causar un calor no deseado en el MOSFET. Un condensador en uno de los divisores de tensión detendrá cualquier oscilación rápida (pero ralentizará la respuesta a un Vin decreciente). Además, el circuito ha sido diseñado rápidamente y no ha sido simulado o probado...

Edición 3: Una corrección.

Si la fuente de alimentación Vin está más de 700 mV por encima de Vbat, el diodo de polarización inversa integrado en el MOSFET conducirá e intentará cargar la batería desde la fuente de alimentación. Esto no es probablemente lo que usted desea. Un diodo Schottky en serie con Q1 evitaría la corriente inversa, ¡pero esto anularía el propósito del MOSFET! He aplicado el truco inteligente con MOSFETs espalda con espalda . Instalando 2 MOSFETs con un drenaje común o una fuente común, se bloquea la fuga de corriente del diodo del cuerpo. El par tendrá el doble de resistencia (Rds on), pero esto no es importante en esta aplicación.

Answer 2

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Podrías poner una pequeña resistencia de 10m o 100m (llamada resistencia de derivación) en serie en cada ruta de entrada de energía antes del diodo, y utilizar un op-amp de propósito general de doble paquete y usando dos de estos, monitorear las resistencias de derivación independientemente. Cuando una corriente arbitraria fluye a través de la resistencia (por ejemplo, 200mA) su op-amp será capaz de generar/retroceder corriente a través de un LED para indicar qué entrada está proporcionando energía.

Si tuvieras una resistencia de 100m, y 200mA pasaran por ella, el voltaje acumulado a través de ella sería de 20mV. Querrás amplificar esto para que sea más fiable y más fácil para la segunda etapa del op-amp que actúa como comparador. Tal vez la ganancia de salida del primer op-amp sea 20. Esto significa que tu voltaje de comparación para una condición "ON" será de 0,4V.

Su segunda etapa de amplificador óptico utilizará una referencia de divisor de voltaje del carril de 5V como entrada a la entrada inversora del amplificador óptico. 0,4V es básicamente 1/11, así que puedes encontrar cualquier valor de resistencia que funcione para esto, tal vez algo simple como 10K y 100K (dándote una relación de 0,091). La entrada no inversora es la etapa de salida del primer op-amp, y sin retroalimentación el op-amp actuará en bucle abierto (gran ganancia, básicamente ON u OFF basado en la entrada de comparación).

Finalmente, la salida del segundo op-amp pasará por una resistencia y un LED para una simple indicación de la corriente que fluye a través de la resistencia de derivación para esa entrada en particular. Un simple op-amp de propósito general funcionará para esto, y el circuito es muy simple. Deberías poder encontrar todas las piezas y la placa de prototipos en tu universidad, y tener todo esto funcionando muy rápidamente.

Answer 3

Otra solución es el circuito siguiente, que se puede encontrar aquí . También se ha debatido en Stackexchange antes.

No estoy seguro de cuáles son las ventajas y desventajas de utilizar este circuito en comparación con el circuito proporcionado por CarpetPython.

¿Tal vez alguien pueda aclarar esto?

Answer 4

Comprueba este circuito usando el LTC4412. Hace todo el trabajo y proporciona el indicador "On Battery".

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