Estoy tratando de diseñar un UPS de 5V. La energía para cargar debería cambiar si el voltaje de línea cae por debajo de aproximadamente 4V. El voltaje de la batería puede ser de 3.8 a 5V. Estoy simulando en LTSpiceIV.
Usaré mosfets para suministrar energía de la batería para evitar la caída de voltaje schottky. Sin embargo, el circuito comienza a oscilar cuando el voltaje de línea está cerca de 4.4V. ¿Será esto un problema durante el uso real? Además, ¿cómo puedo reemplazar el otro schottky con mosfets? Creo que la alta ganancia del amplificador operacional en el tl431 puede estar causando la oscilación, pero no estoy seguro. El circuito simula bien con un schottky en lugar del primer mosfet después de la batería.
No tengo mucha experiencia con esto. Todas las sugerencias serán apreciadas.
Agregué 2 mosfets más y obtuve esto. Todavía oscila cuando se cicla el voltaje de línea, pero parece simular bien cuando uso voltajes DV fijos para V1. Me pregunto si esto es una peculiaridad de LTSpice, o si los pasos de tiempo son demasiado pequeños, o si es un problema genuino ... alguna condición de carrera que ocurrirá en la realidad. La energía cambia a la batería cuando el voltaje de línea cae por debajo de 4.21V.
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Respuestas:
TL431 está funcionando fuera de las especificaciones, la hoja de datos establece una corriente de cátodo mínima de 0.7mA a 1mA requerida para que la referencia funcione correctamente, vea las tablas enumeradas en la página 5 a 13 "corriente de cátodo mínima para el parámetro de regulación".
A primera vista, R1 es demasiado alto incluso antes de que U3 corte el voltaje. Además, el voltaje del cátodo debe estar al menos cerca del voltaje de referencia, vea el ejemplo del comparador en la página 21 y la tabla en la página 22 y también su sentido común sobre cómo debería funcionar una referencia.
Tal vez reducir el valor de R1 y alimentarlo desde la fuente de voltaje más alta a través de dos diodos podría hacer el trabajo.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Si su circuito funciona bien con la batería y le preocupa el mayor consumo de corriente, entonces podría comprometerse y modificar ligeramente el esquema para suministrar TL431 en los parámetros solo cuando V1 sea lo suficientemente alto.
simular este circuito
Actualizar
No pude hacer que tu circuito funcione como está o con ligeros cambios.
El detector de caída de voltaje no funciona según lo previsto, ya que el transistor M1 siempre está abierto cuando U1 entra en el rango de trabajo con un voltaje de cátodo superior a 2V.
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El problema es que un bucle de retroalimentación de ganancia lineal amplificará el ruido y oscilará desde un margen de fase insuficiente en el bucle cerrado sin un integrador como amplificadores operacionales estables de ganancia unitaria. Hablando de op. Amperios., El TL431 es un Zener programable con baja ganancia que puede comportarse como un amplificador operacional de circuito cerrado de baja ganancia con una baja ganancia de (R6 + R2) / R2 * 2V = 4.94V.
Violación de la hoja de datos
(Felicitaciones a Dorian por esta detección de fallas). Esta respuesta es más sobre cómo diseñar cualquier solución con un ejemplo del interruptor OR FET y la declaración en las especificaciones 1 °, opción 2 ° (hacer o comprar) y luego 3er si cree que puede hacerlo mejor o simplemente quiere aprender por errores en el paso 1.
Corriente mínima del cátodo para I min Ver Figura 20 Vka = Vref 0.4mA min 0.7 mA regulación típica
El valor y la ubicación de R1 son incorrectos. Es imposible que U1 llegue a 5V desde Vbat = pullup de 4V en R1, por lo tanto, solo hay una fuga de corriente. incorrecto.
Desea sentir que 5 V caen por debajo de 4 V y luego cambie las salidas.
Desafortunadamente, el 4V no es una buena fuente de USB, por lo que es necesario repensar sus requisitos y cambiar los parámetros de diseño.
Quizás también desee regular la carga a Vbat
Sugerencia para todos los novatos:
Comience de nuevo con las especificaciones de diseño adecuadas para todas las condiciones de entrada y salida.
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Oh bueno, una recompensa! Finalmente elegí este circuito de aspecto no horrible que todavía oscila con el voltaje de la batería, ¡pero estable con el voltaje de la batería por encima! Es probable que el voltaje de la batería sea de 4.5V máximo con ácido de plomo, que es el límite inferior de la especificación USB.
El problema no es la tensión de red, que puede no ser estable. Puede ser inestable por solo un instante y no es un problema. Si es realmente inestable o está fuera de especificaciones, reemplace la verruga de la pared. Puede haber muchas cosas mal con una verruga de pared que no puede mantener el voltaje. No quisiera confiar en él para alimentar microcontroladores.
El verdadero problema es el voltaje de la batería que debe cortarse una vez que cae demasiado bajo para evitar dañar permanentemente la batería. Ajuste las resistencias al gusto. El circuito es menos costoso que antes y más confiable. Schottky es mi amigo, ¡ya no me importa! Me ahorró mucho dolor de cabeza. De todos modos, el circuito que funciona con la batería debe poder funcionar a una temperatura muy inferior a 4,7 V.
PD: No me gustan las soluciones de un solo chip, juegan duro para llegar a mi lado del planeta. Además, no puedo fumarlos de ninguna manera ...
ACTUALIZACIÓN :
Aquí hay un esquema de aspecto mucho más elegante (no horrible). Como Dorian y otros han señalado, el TL431 requiere una corriente mínima para funcionar. Entonces, requiere una fuente de voltaje confiable para operar. Lo que significa que tiene que funcionar desde la batería. El TL431 realmente tiene que actuar como un comparador, de lo contrario los mosfets estarán en modo lineal y comenzarán a calentarse. El voltaje de la compuerta se acerca mucho al voltaje fuente de U2 debido a la tensión de red que entra. Esta es la causa real de las oscilaciones anteriores, no la violación de la hoja de datos del tl431. Las oscilaciones ocurrirán incluso si el tl431 se elimina por completo. El hecho de que los mosfets sean de nivel lógico tampoco ayuda. Para el circuito a continuación, los mosfets han sido reemplazados por mosfets de canal N. Sin embargo, esto provoca una caída de voltaje en la fuente cuando está completamente encendido. El voltaje a cargar varía de 2. 8V a 4.7V y el circuito funciona perfectamente sin oscilaciones. Es posible cambiar la posición de R6 y el tl431, pero luego el ánodo tl431 solo subirá a 2.5V, y los mosfets (ahora reemplazados nuevamente por mosfets del canal P) siempre permanecerán encendidos.
Pero entonces, dado que el tl431 se está utilizando como un comparador de todos modos, y también requiere una corriente de suministro para funcionar, ¿por qué no reemplazarlo por un comparador de corriente más baja como un dispositivo ... Desafortunadamente, lm358 no alcanza el riel + ve, y los mosfets son de nivel lógico. Entonces, cuando el voltaje de la red es alto, una corriente inversa fluye hacia la batería (0-60 mA cuando la batería cae de 3.85 a 3.6V). Esto cargará lentamente la batería cuando la carga esté baja. Es de esperar que sea algo bueno. El circuito funciona perfectamente en todos los voltajes de red de 2V a 5V, sin oscilación. El circuito depende de la caída de voltaje a través del diodo. Reemplazarlo con 1N4148 no garantizará que funcione sin oscilaciones si el voltaje de la batería es alto. El circuito no simuló correctamente con el LM393, que es un comparador real. Se sugiere una prueba adecuada antes de su uso.
Las oscilaciones son causadas por algún tipo de condiciones de carrera en la fuente y los voltajes de las puertas del segundo mosfet. Todavía no sé exactamente qué está pasando. Pero los circuitos modificados funcionan y resuelven mis problemas. Esta no es la respuesta perfecta. Pero es la mejor respuesta. Estoy aceptando mi propia respuesta.
más actualización!
Ajustado de nuevo, mira de cerca, los mosfets se voltean en el eje Y para que la fuente esté adentro. El circuito ahora es completamente estable en todos los voltajes de la red y la batería. Dependiendo de la diferencia de voltaje entre la red y la batería, en algunos casos puede fluir una corriente lenta a la batería (quizás 60 mA). El circuito funciona con un schottky o un 1n4148 (aunque obviamente con 1n4148 se extraerá más de la batería si el voltaje de la batería es alto). Funciona con el comparador real LM393 y LM358, sin cambios. Opamp / comparador acepta tensión de red o salida en el pin no inversor para comparar con la batería. Creo que es casi perfecto. Gracias por la generosidad!
PD: probablemente debería reemplazar 1N4148 con 1N4007, pero 1N5819 es el mejor.
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