Circuito di up 5 V oscillante?


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Sto cercando di progettare un UPS 5V. L'alimentazione da caricare dovrebbe cambiare se la tensione di linea scende al di sotto di circa 4 V. La tensione della batteria può essere compresa tra 3,8 e 5 V. Sto simulando in LTSpiceIV.

Userò i mosfet per alimentare la batteria per evitare la caduta di tensione schottky. Tuttavia, il circuito inizia a oscillare quando la tensione di linea è vicina a 4,4 V. Questo sarà un problema durante l'uso effettivo? Inoltre, come posso sostituire l'altro schottky con i mosfet? Penso che l'alto guadagno dell'amplificatore operazionale nel tl431 possa causare l'oscillazione, ma non sono sicuro. Il circuito simula bene con uno schottky invece del primo mosfet dopo la batteria.

Non ho molta esperienza con questo. Tutti i suggerimenti saranno apprezzati.

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Ho aggiunto altri 2 mosfet e ho ottenuto questo. Oscilla ancora quando la tensione di linea è ciclica, ma sembra simulare ok quando uso tensioni DV fisse per V1. Mi chiedo se questa è una stranezza di LTSpice, o se i timestep sono troppo piccoli, o se si tratta di un vero problema ... qualche condizione di gara che si verificherà nella realtà. L'alimentazione passa alla batteria quando la tensione di linea scende al di sotto di 4,21 V. inserisci qui la descrizione dell'immagine


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Potresti provare ad aggiungere qualche isteresi da qualche parte. Nel momento in cui la batteria prende il posto dell'alimentazione principale non è più caricata e si rialza. Qualche resistenza di feedback al controllo di U1? (Non l'ho simulato. Sarei disposto a farlo, ma non ho speranze con LTspice. Mi ci vorrebbe un'ora per fare un circuito del genere)
Oldfart

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Senza offesa, ma il tuo schema è troppo orribile da guardare. Esiste una soluzione a chip singolo per questo da Texas Instruments per ORing tramite NFET. ti.com/lit/ds/symlink/lm74610-q1.pdf
lucky bot

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Questo è lo schema più compatto che abbia mai visto
Voltage Spike

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@pipe, penso che meriti la generosità, è l'unica soluzione funzionante qui. Volevo indicare la sua soluzione nella mia risposta, ma non ho potuto effettuare una simulazione per verificarla. Aveva il mio voto.
Dorian,

1
Ragazzi, mi avete messo in un dilemma morale, quindi ho trovato una risposta migliore e sembra anche non orribile. Sono un noob dell'elettronica, quindi non sono riuscito a capire con precisione cosa sta causando le oscillazioni, ma ha qualcosa a che fare con quanto si avvicinano il voltaggio del gate e della sorgente, quando subentra la rete. Spero che non vi dispiaccia se accetto la mia risposta.
Indraneel,

Risposte:


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TL431 funziona al di fuori delle specifiche, il foglio dati indica una corrente catodica minima da 0,7 mA a 1 mA richiesta affinché il riferimento funzioni correttamente, vedere le tabelle elencate da pagina 5 a 13 parametro "corrente minima catodica per regolazione".

A prima vista R1 è troppo alto anche prima che la tensione venga interrotta da U3. Inoltre, la tensione del catodo deve essere almeno vicina alla tensione di riferimento, vedere l'esempio del comparatore a pagina 21 e la tabella a pagina 22 e anche il buon senso su come dovrebbe funzionare un riferimento.

Forse abbassare il valore di R1 e alimentarlo dalla fonte di tensione più alta attraverso due diodi potrebbe fare il lavoro.

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

Se il tuo circuito funziona bene con la batteria e sei preoccupato per il consumo di corrente più elevato, puoi scendere a compromessi e modificare leggermente lo schema per fornire TL431 nei parametri solo quando V1 è abbastanza alto.

schematico

simula questo circuito

Aggiornare

Non sono riuscito a far funzionare il tuo circuito così com'è o con lievi modifiche.

Il rilevatore di caduta di tensione non funziona come previsto poiché il transistor M1 è sempre aperto quando U1 entra nel campo di lavoro con una tensione catodica superiore a 2V.


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Il problema è che un circuito di retroazione del guadagno lineare amplifica il rumore e oscilla da un margine di fase insufficiente nel circuito chiuso senza un integratore come guadagno di unità stabile. Parlando dell'op. Amp., TL431 è uno Zener programmabile con guadagno basso che può comportarsi come un amplificatore operazionale ad anello chiuso a basso guadagno con un guadagno basso di (R6 + R2) / R2 * 2V = 4.94V.

Violazione del foglio dati

(Complimenti a Dorian per questo rilevamento dei guasti). Questa risposta è più su come progettare qualsiasi soluzione con esempio di switch OR FET e istruzione su Specifiche 1 °, scelta 2 ° (marca o acquisto) e 3 ° marca se pensi di poter fare meglio o vuoi semplicemente imparare dagli errori nel passaggio 1.

Corrente minima del catodo per I min Vedi figura 20 Vka = Vref 0,4 mA min 0,7 mA regolazione tip
Il valore e la posizione di R1 sono errati. È impossibile che U1 raggiunga 5 V da Vbat = 4 V pullup su R1, quindi solo corrente di dispersione. sbagliato.

Confronta sempre ad una soglia inferiore alla tensione che stai tentando di regolare, NON PIÙ.

Si desidera rilevare una caduta di 5 V al di sotto di 4 V, quindi commutare le uscite.

Sfortunatamente il 4V non è una buona fonte per l'USB, quindi è necessario ripensare i requisiti e modificare i parametri di progettazione.

  • Forse vuoi abilitare la mazza da 4 V per aumentare a 5 V quando l'USB cade.
  • Forse vuoi che "UPS" da 5 V funzioni da Vbvat a Vmin, quindi è necessario un regolatore di sovralimentazione
  • Forse vuoi anche regolare la carica a Vbat

    • Questi sono sempre definiti nelle specifiche generali di progettazione del sistema 1 ° "a priori" con un elenco di variabili e valori min-max proprio come qualsiasi scheda tecnica

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Suggerimento per tutti i principianti:

Ricominciare con le specifiche di progettazione appropriate per tutte le condizioni di input e output.


Non sarebbe educato dire che hai notato la DATI TECNICI VIOLAZIONE nella mia risposta? Solo una nuova congestione ..
Dorian,

Accettato. Intendevo stackexchange newbye, EE dal 1993 difficile.
Dorian,

1

Oh bene, una taglia! Alla fine sono andato con questo circuito dall'aspetto non orribile che oscilla ancora alla tensione della batteria, ma stabile alla tensione della batteria superiore! È probabile che la tensione della batteria sia max 4,5 V con acido al piombo, che è il limite inferiore delle specifiche USB.

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Il problema non è la tensione di rete che potrebbe non essere stabile. Potrebbe essere instabile per un solo istante e non è un problema. Se è davvero instabile o fuori specifica, sostituire la verruca a parete. Potrebbero esserci molte cose sbagliate in una verruca da parete che non può mantenere la tensione. Non vorrebbe fidarmi per alimentare i microcontrollori.

Il vero problema è la tensione della batteria che deve essere interrotta una volta che si abbassa troppo per evitare di danneggiare permanentemente la batteria. Regola i resistori a piacere. Il circuito è meno costoso di prima e più affidabile. Schottky è mio amico, non mi interessa più! Mi ha risparmiato un sacco di mal di testa. Il circuito che funziona a batteria deve essere in grado di funzionare comunque molto più in basso di 4,7 V.

PS: Non mi piacciono le soluzioni a chip singolo, giocano duro per arrivare dalla mia parte del pianeta. Inoltre, non posso fumarli volenti o nolenti ...

AGGIORNAMENTO :

Ecco uno schema molto più elegante (non orribile). Come hanno sottolineato Dorian e altri, TL431 richiede una corrente minima per funzionare. Quindi, per funzionare richiede una fonte di tensione affidabile. Ciò significa che deve funzionare a batteria. Il TL431 deve davvero fungere da comparatore, altrimenti i mosfet saranno in modalità lineare e inizieranno a riscaldarsi. La tensione di gate si avvicina molto alla tensione di sorgente di U2 a causa della tensione di rete in ingresso. Questa è la vera causa delle oscillazioni di cui sopra, non la violazione della scheda tecnica del tl431. Le oscillazioni avverranno anche se il tl431 viene rimosso completamente. I mosfet essendo a livello logico non aiutano neanche. Per il circuito sottostante, i mosfet sono stati sostituiti con mosfet a canale N. Tuttavia, ciò provoca una caduta di tensione alla fonte quando è completamente acceso. La tensione da caricare varia da 2. 8 V a 4,7 V e il circuito funziona perfettamente senza oscillazioni. Potrebbe essere possibile cambiare la posizione di R6 e tl431, ma poi l'anodo tl431 salirà solo a 2,5 V e i mosfet (ora sostituiti di nuovo con mosfet a canale P) rimarranno sempre attivi.

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Ma poi, poiché tl431 viene comunque utilizzato come comparatore e richiede anche una corrente di alimentazione per funzionare, perché non sostituirlo del tutto con un comparatore di corrente inferiore come un dispositivo .... Sfortunatamente, lm358 non raggiunge la guida + ve, e i mosfet sono a livello logico. Pertanto, quando la tensione di rete è elevata, una corrente inversa scorre nella batteria (0-60 mA quando la batteria scende da 3,85 a 3,6 V). Questo caricherà gradualmente la batteria quando la carica si sta esaurendo. Speriamo che possa essere una buona cosa. Il circuito funziona perfettamente a tutte le tensioni di rete da 2 V a 5 V, senza oscillazioni. Il circuito dipende dalla caduta di tensione sul diodo. Sostituirlo con 1N4148 non garantisce che funzioni senza oscillazioni se la tensione della batteria è alta. Il circuito non è stato simulato correttamente con l'LM393, che è un vero comparatore. Prima dell'uso si consiglia di testare correttamente.

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Le oscillazioni sono causate da un qualche tipo di condizioni di razza alla sorgente e tensioni di gate del secondo mosfet. Non so ancora esattamente cosa stia succedendo. Ma i circuiti modificati funzionano e risolve i miei problemi. Questa non è la risposta perfetta. Ma è la risposta migliore. Sto accettando la mia risposta.

più aggiornamento!

Ritoccato di nuovo, osserva attentamente, i mosfet vengono ruotati sull'asse Y in modo che la sorgente sia all'interno. Il circuito è ora completamente stabile a tutte le tensioni di rete e batteria. A seconda della differenza tra la tensione di rete e quella della batteria, in alcuni casi potrebbe fluire una corrente di mantenimento (forse 60mA). Il circuito funziona con uno schottky o 1n4148 (anche se ovviamente con 1n4148 attingerà maggiormente dalla batteria se la tensione della batteria è alta). Funziona con il comparatore reale LM393 e LM358, senza modifiche. Opamp / comparatore accetta la tensione di rete o di uscita sul pin non invertente per il confronto con la batteria. Penso che sia vicino alla perfezione. Grazie per la generosità!

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PS: probabilmente dovrebbe sostituire 1N4148 con 1N4007, ma 1N5819 è il migliore.

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