Il circuito di crowbar provoca un comportamento inaspettato per il circuito dell'amplificatore operazionale

Sto usando un amplificatore operazionale per amplificare un segnale in ingresso da un microcontrollore, che in generale funziona bene.

Per la protezione da sovratensione, ho aggiunto il circuito del piede di porco preso direttamente dalla figura 32, pagina 27 della scheda tecnica TL431 e che ha aggiunto un comportamento indesiderato al circuito che non capisco bene.

Con TL431 che si attiva a una tensione di 2,5 V e il partitore di tensione $R_3$/$R_4$il piede di porco dovrebbe innescarsi con una tensione di uscita dell'amplificatore operazionale di 4,8 V e bruciare il fusibile. Ma quello che vedo è che non appena la tensione di uscita raggiunge 3 V, l'uscita scende a 0,75 V e rimane a quel livello fino a quando la tensione di ingresso scende abbastanza lontano, che l'uscita dovrebbe essere inferiore a 0,75 V durante il normale funzionamento. Successivamente, funziona di nuovo come previsto, fino a quando non viene raggiunta un'uscita di 3 V o superiore.

Ho scoperto in questa discussione su questo circuito a piede di porco , che il posizionamento e le dimensioni del condensatore come rappresentato nella scheda tecnica potrebbero non essere l'ideale. Potrebbe in qualche modo causare il mio problema? In caso contrario, cos'altro potrebbe essere responsabile di questo comportamento?

EDIT: per un corretto contesto per il piede di porco aggiunto, regola la potenza di un laser con l'uscita dell'amplificatore operazionale. Devo assicurarmi che il laser non sia permanentemente acceso da un cortocircuito dell'uscita a 5V che viene usato come + Vcc per l'amplificatore operazionale e per altre parti sul pcb. Dal momento che non ho bisogno di più di 4,2 V di uscita e non dovrei ottenere più di quello che durante il normale funzionamento, bruciare una miccia con il piede di porco era il migliore che potessi inventare per proteggere da questo caso.

Schede tecniche:

Fusibile: https://www.mouser.de/datasheet/2/358/typ_MGA-A-1388649.pdf

Amplificatore operazionale: https://www.mouser.de/datasheet/2/609/AD8605_8606_8608-877839.pdf

Triac: http://www.ween-semi.com/sites/default/files/2018-11/BT137S-600D.pdf

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Aggiornamento: la rimozione completa di C1 non elimina il comportamento descritto, ma aumenta la tensione a cui si verifica a 3,3 V.

Nel circuito mentre lo mostri non è necessario C1.
Come sottolineato nella discussione precedente, il condensatore può accendere il Triac in caso di improvvisi aumenti dell'uscita di opamp.

TL431 non è davvero adatto a ciò che si sta tentando di fare poiché richiede un minimo Ik per impostare il riferimento (0,4 mA). La strana conduzione che stai vedendo è molto probabilmente dovuta all'impatto del generatore di riferimento interno.

Tuttavia, supponendo che tu voglia bruciare un fusibile (e come già sottolineato, il fusibile selezionato non è adatto), suggerirei che la seguente modifica possa risolvere i tuoi problemi:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

R3 assicura che il ref interno TL431 sia sempre adeguatamente revisionato e non dipenda dal livello del segnale.
M2 mette in cortocircuito l'uscita dell'opamp ... ma qui le cose sono confuse. L'opamp è solo in grado di 80mA, quindi suppongo che stai cercando di bruciare il fusibile quando l'opamp è morto (e la corrente è incontrollata).
Tuttavia, se l'opamp è ok e il segnale è troppo alto, allora questo circuito bloccherebbe l'uscita affondando l'80ma senza problemi. Far bruciare una miccia è un duro lavoro.

Aggiornamento: Qual è il motivo per cui si desidera limitare l'oscillazione dell'uscita a 4,8 V quando l'operazione rail-rail la limita già a 5 V? Spiega meglio le tue esigenze per una migliore speranza di una risposta fattibile.

Guardando il problema da una prospettiva opamp pura, la tua specifica è la seguente:

1. L'uscita di opamp non deve MAI superare i 4.8 V con un'alimentazione a 5 V.
2. L'ingresso deve essere ad alta impedenza
3. L'opamp non è rotto (quindi i limiti della corrente di uscita funzionano)
4. Blocca l'ingresso anziché l'uscita

Questo potrebbe essere un approccio praticabile per bloccare semplicemente il segnale di ingresso:

^{simula questo circuito}

Il TLV3011 fornisce una tensione di riferimento molto preciso e R4 / 5/6 fornisce una regolazione per la soglia di uscita.

L'amplificatore non fornisce corrente sufficiente per bruciare il fusibile. Il fusibile ha una potenza nominale di 200 mA (per il fusibile con la corrente più bassa della famiglia), l'opamp può fornire solo 80 mA (se funziona a 5 V a 2,7 V è solo 30 mA), o meno della metà della corrente per bruciare il fusibile.

Supponiamo che la massa fosse collegata all'altra estremità del fusibile, invece del circuito a piede di porco, solo 80mA fluirebbero attraverso il fusibile e che comunque non si brucerebbe, anche se aumentassi la tensione fino all'uscita dell'AD8605 consentire per la sua valutazione (6 V).

I circuiti a piede di porco sono per circuiti di tensione che hanno impedenze di sorgente basse / correnti elevate come un alimentatore.

MODIFICARE:

Ci sono alcune opzioni, un modo sarebbe limitare l'uscita dell'opamp cambiando Vcc dell'opamp a 3,4 V.

L'altro metodo sarebbe quello di utilizzare un diodo zener sull'ingresso, tuttavia questo sacrificherebbe una certa linearità e l'impedenza di carico vista dal Vin. Il resistore potrebbe essere elevato a un valore più elevato, ma cambierebbe anche la pendenza della curva limitante e renderebbe la gamma superiore della curva Vin / Vout in cui i morsetti del diodo erano imprecisi / meno lineari. Questa non è una buona opzione, preferisco bloccare l'uscita o limitare il Vcc (che sarebbe probabilmente il più semplice e aggiungerebbe solo un regolatore al circuito).

L'ultima opzione sarebbe quella di utilizzare un resistore serie e diodi sull'uscita, anche con qualche perdita dovuta al resistore serie e alla corrente di dispersione dal diodo.

UN ALTRO EDIT:

Se la limitazione di corrente è ciò che desideri, ci sono molti circuiti che possono svolgere questo compito. (ci sono anche molti IC adatti a questo compito). La maggior parte comporta il rilevamento della corrente con un amplificatore di rilevamento corrente come quello mostrato di seguito (l'amplificatore IC1 commuta l'accoppiatore ottico che a sua volta commuta un interruttore lato alto pmos):

Fonte: https://www.electronicdesign.com/power/current-limiter-offers-circuit-protection-low-voltage-drop

O molti circuiti elencati qui

Ho trovato il motivo originale del comportamento imprevisto di TL431.

Si è scoperto che la libreria Eagle che stavo usando aveva il pacchetto SOT23 per TL432 sotto TL431. Dato che i due hanno cambiato catodo e pin di riferimento, il mio circuito non ha funzionato correttamente con TL431.

Il circuito originale presentava ancora alcune instabilità, motivo per cui ho accettato la risposta di Jack Creasy, poiché il suo circuito alternativo funziona molto bene.