Comprensione dell'alimentazione di base del circuito CS5463

Sto cercando di rendere funzionale il chip CS5463 usando i circuiti di esempio a pagina 41 del foglio dati (qui sotto allegato):

In questo momento, sto lavorando sulla parte superiore del circuito, che è la fonte di alimentazione IC. Ho eseguito alcune simulazioni su Multisim e, apparentemente, questa parte è completamente funzionale. Ma prima di procedere in un'altra parte del circuito voglio capire a cosa serve ogni componente. Ho fatto le mie ricerche in modo da non arrivare a mani vuote.

• Il 470 nFcondensatore: è un condensatore di disaccoppiamento, che filtra un possibile segnale CC dalla linea di alimentazione? Non ho potuto estrarre queste informazioni dalle mie simulazioni. Ho avuto l'impressione che faccia qualcos'altro ...

• Il 500 ohmsresistore in serie con il condensatore menzionato poco prima ... È un semplice limitatore di corrente? La mia ipotesi è sì, lo è, e la sua funzione è quella di limitare la corrente dal ciclo negativo della linea elettrica.

• Dalle simulazioni ho appreso che questo condensatore e resistore in serie sono esposti a grandi tensioni. Il condensatore, ad esempio, è esposto a tensioni fino a 295 Volts(la rete elettrica su cui mi trovo è 220 Volts RMS). Esistono condensatori dell'ordine delle nanofarad in grado di gestire così tanto?

• Informazioni sui diodi: il primo è lì per chiudere il circuito sul ciclo negativo. Lo scopo del secondo è quello di impedire alla rete elettrica di drenare l'energia immagazzinata sul 470nFcondensatore quando la rete elettrica si trova sul ciclo negativo.

• Il 470nFcondensatore: è il componente che carica l'energia dal ciclo positivo della rete elettrica per scaricarla sul ciclo negativo.

• Il diodo Zener: funziona come un regolatore di tensione, mantenendo la tensione sul, approssimativamente, 5 Volts.

• Il 500 ohmsresistore davanti al diodo Zener: crea una differenza di tensione tra il 470uFcondensatore e il diodo Zener quando la tensione caricata sul condensatore è maggiore di quella che il diodo zener tiene (approssimativamente 5 Volts).

La mia hipothesys è corretta?

• I 0.1 uFcondensatori: sarebbero by-pass capacitors? Funzionerebbero come "terra virtuale" per il segnale AC?

• Perché esiste una 10 ohmsresistenza tra i pin sorgente VA + e VD +? Perché i pin di terra AGND e DGND sono in cortocircuito?

• Ho scelto 1N4733Adi essere il diodo Zener. È un componente facilmente reperibile (negozi locali)? Ci sarebbero altri suggerimenti?

I componenti citati si uniscono per formare un semplice trasformatore senza trasformatore per l'IC. Questi sono abbastanza comuni in tali circuiti.

Il condensatore 470nF e 500Ω presentano un'impedenza impostata alla tensione di rete e limitano la corrente. Il motivo per cui non viene utilizzato un singolo resistore è perché dovrebbe dissipare un bel po 'di potenza per farlo, mentre un condensatore non dissipa alcuna potenza (o molto poco per un cappuccio non ideale)

Possiamo dimostrarlo guardando i numeri:

Supponendo una frequenza di rete di 50Hz, possiamo calcolare l'impedenza del condensatore:

$\dfrac{1} {2 \pi \times 470nF \times 50Hz} = 6772.5 \Omega$

Per calcolare l'impedenza totale, facciamo:

$\sqrt{6772.5^2 + 500^2} = 6791\Omega$

Quindi la corrente di picco attraverso il condensatore 470nF e la resistenza da 500Ω sarà:

$\dfrac{311}{6791\Omega} = 45.8mA$

La corrente RMS sarà$45.8mA \times 0.707 = 32.4mA$

Il resistore pertanto dissiperà:

$({32.4mA})^2 \times 500\Omega = 520mW$ - non troppo, un resistore da 1W o 2W gestirà questo problema.

Supponiamo che abbiamo appena usato un resistore da 6791Ω per limitare la corrente a 32,4 mA, il resistore dovrebbe dissipare:

$({32.4mA})^2 \times 6791\Omega = 7.1W$ , sono necessari un sacco di energia sprecata e un resistore costoso.

Quindi usiamo il cappuccio per limitare il limite e resistiamo in serie per limitare la corrente transitoria (se il tempo di salita del transitorio è veloce, allora il tappo sembrerà un'impedenza inferiore ma il resistore sembrerà comunque 500Ω)

Regolamento

Il resto dei componenti deve rettificare e regolare la tensione, al fine di presentare un alimentatore CC a bassa tensione costante per l'IC.

I 2 diodi gestiscono la rettifica, passando solo la metà positiva della forma d'onda. Questo viene quindi livellato dal condensatore 470uF e quindi regolato dal secondo resistore da 500 Ω e dal diodo zener (probabilmente 5,2 V).

Quindi l'intero processo è simile a questo (ignora i numeri di parte dei diodi, LTSpice non ha 1N4002 o simili. Ho anche usato uno zener da 6.2 V in quanto non esiste uno zener da 5 V. Il principio è esattamente lo stesso però):

Simulazione all'accensione (notare che V (IC) sale a ~ 6,2 V e rimane lì):

Cappucci di bypass e resistenza da 10Ω

I condensatori da 0,1uF sono in effetti condensatori di bypass, questi presentano un accumulo di energia locale per la richiesta di corrente ad alta frequenza.
Combinato con i cappucci, il resistore da 10 Ω serve a disaccoppiare in qualche modo le alimentazioni analogiche e digitali. I pin di terra analogici e digitali sono anche un modo per mantenere separate le correnti. Questo è comune nei circuiti integrati con una funzione da analogico a digitale o da digitale ad analogico.

Condensatore PFMON e 470nF

Il condensatore deve essere classificato per gestire la tensione di rete. Ci sono condensatori chiamati " X condensatori " che sono appositamente certificati per l'uso con la rete. Ecco un esempio 0.47uF 440VAC parte (prelevare almeno 1,5 volte la rete nominale è una buona idea)

Il pin PFMON rileva un evento di interruzione dell'alimentazione quando la tensione sul pin scende al di sotto di 2,45 V. Questo può essere usato per segnalare il tuo microcontrollore e intraprendere qualsiasi azione appropriata. Con il divisore (0,66 volte in ingresso) mostrato possiamo calcolare la tensione di ingresso in cui ciò accadrà:

$\dfrac {2.45V} {0.66} = 3.675V$

La tensione operativa minima è indicata nella scheda tecnica come 3,135 V, quindi questo fornisce ~ 0,5 V di altezza libera.