Comprender la fuente de alimentación del circuito básico de CS5463

Estoy tratando de poner el chip CS5463 funcional usando el circuito de ejemplo en la página 41 de la hoja de datos (adjunto abajo):

En este momento, estoy trabajando en la parte superior del circuito, que es la fuente de alimentación de IC. He realizado algunas simulaciones en Multisim y, aparentemente, esta parte es completamente funcional. Pero antes de pasar a otra parte del circuito, quiero comprender para qué sirve cada componente. Investigué para no llegar con las manos vacías.

• El 470 nFcondensador: ¿es un condensador de desacoplamiento que filtra una posible señal de CC de la línea de alimentación? No pude extraer esta información de mis simulaciones. Tenía la impresión de que hace algo más ...

• La 500 ohmsresistencia en serie con el condensador mencionado justo antes ... ¿Es un limitador de corriente simple? Mi suposición es sí, lo es, y su función es limitar la corriente del ciclo negativo de la línea de alimentación.

• De las simulaciones, aprendí que este condensador y resistencia en serie están expuestos a grandes voltajes. El condensador, por ejemplo, está expuesto a tensiones hasta 295 Volts(la red eléctrica en la que estoy 220 Volts RMS). ¿Hay condensadores del orden de nanofaradios que puedan manejar tanto?

• Sobre los diodos: el primero está allí para cerrar el circuito en el ciclo negativo. El segundo propósito es evitar que la red eléctrica drene la energía almacenada en el 470nFcondensador cuando la red eléctrica está en el ciclo negativo.

• El 470nFcondensador: es el componente que carga la energía del ciclo positivo de la red eléctrica para descargarla en el ciclo negativo.

• El diodo Zener: funciona como un regulador de tensión, manteniendo la tensión en, aproximadamente, 5 Volts.

• La 500 ohmsresistencia antes del diodo Zener: crea una diferencia de voltaje entre el 470uFcondensador y el diodo Zener cuando la tensión cargada en el condensador es mayor que la que sostiene el diodo zener (aproximadamente 5 Volts).

¿Son correctas mis hipothesys?

• Los 0.1 uFcondensadores: ¿lo serían by-pass capacitors? ¿Funcionarían como una "tierra virtual" para la señal de CA?

• ¿Por qué hay una 10 ohmsresistencia entre los pines de fuente VA + y VD +? ¿Por qué los pines de tierra AGND y DGND están en cortocircuito?

• Elegí el 1N4733Apara ser el diodo Zener. ¿Es un componente fácil de encontrar (tiendas locales)? ¿Habría otras sugerencias?

Los componentes que menciona se combinan para formar un suministro simple sin transformador para el CI. Estos son bastante comunes en tales circuitos.

El condensador de 470nF y 500Ω presentan una impedancia establecida a la tensión de red y limitan la corriente. La razón por la que no se usa una sola resistencia es porque tendría que disipar un poco de potencia para hacer esto, mientras que un condensador no disipa ninguna potencia (o muy poco para una tapa no ideal)

Podemos demostrar esto mirando los números:

Suponiendo una frecuencia de red de 50Hz, podemos calcular la impedancia del condensador:

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

Para calcular la impedancia total, hacemos:

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

Entonces, la corriente máxima a través del condensador de 470nF y la resistencia de 500Ω será:

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

La corriente RMS será $45.8mA \times 0.707 = 32.4mA$

Por lo tanto, la resistencia se disipará:

$({32.4mA})^2 \times 500\Omega = 520mW$ - No demasiado, una resistencia de 1W o 2W manejará esto bien.

Digamos que acabamos de usar una resistencia de 6791Ω para limitar la corriente a 32.4mA, la resistencia tendría que disiparse:

$({32.4mA})^2 \times 6791\Omega = 7.1W$, se necesita una gran cantidad de energía desperdiciada y una resistencia costosa.

Por lo tanto, usamos la tapa para hacer la limitación principal, y la resistencia en serie para limitar la corriente transitoria (si el tiempo de subida de la transitoria es rápido, entonces la tapa se verá como una impedancia más baja pero la resistencia aún se verá como 500Ω)

Regulación

El resto de los componentes son para rectificar y regular el voltaje, a fin de presentar un suministro continuo de CC de bajo voltaje para el IC.

Los 2 diodos manejan la rectificación, solo pasando la mitad positiva de la forma de onda. Esto es suavizado por el condensador de 470uF, y luego regulado por la segunda resistencia de 500Ω y (probablemente 5.2V) diodo zener.

Así que todo el proceso se ve así (ignore los números de parte de los diodos, LTSpice no tiene ningún 1N4002 o similar. También utilicé un zener de 6.2V ya que no hay un zener de 5V. Sin embargo, el principio es exactamente el mismo):

Simulación al encender (el aviso V (IC) se eleva a ~ 6.2V y permanece allí):

Tapas de derivación y resistencia de 10Ω

Los condensadores de 0.1uF son condensadores de derivación, estos presentan un almacenamiento de energía local para la demanda de corriente de alta frecuencia.
En combinación con las tapas, la resistencia de 10Ω es para desacoplar los suministros analógicos y digitales hasta cierto punto. Los pines de tierra analógicos y digitales también son una forma de mantener las corrientes separadas. Esto es común en los circuitos integrados con una función analógica a digital o digital a analógica.

Condensador PFMON y 470nF

El condensador debe estar clasificado para manejar el voltaje de la red. Hay condensadores llamados " condensadores X " que están especialmente certificados para su uso con la red eléctrica. Aquí hay un ejemplo de 0,47 uF de 440 VCA (es una buena idea elegir al menos 1,5 veces la red eléctrica nominal)

El pin PFMON detecta un evento de falla de energía cuando el voltaje en el pin cae por debajo de 2.45V. Esto se puede utilizar para señalar a su microcontrolador y tomar las medidas adecuadas. Con el divisor (0,66 veces de entrada) que se muestra, podemos calcular el voltaje de entrada donde esto sucederá:

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

El voltaje mínimo de operación se da en la hoja de datos como 3.135V, por lo que esto da ~ 0.5V de altura libre.