5V Ups Schaltung oszillierend?

Ich versuche eine 5V USV zu entwerfen. Die Last sollte schalten, wenn die Netzspannung unter etwa 4 V fällt. Die Batteriespannung kann zwischen 3,8 und 5 V liegen. Ich simuliere in LTSpiceIV.

Ich werde Mosfets verwenden, um Batteriestrom zu liefern, um einen Spannungsabfall durch Schottky zu vermeiden. Die Schaltung beginnt jedoch zu schwingen, wenn die Netzspannung nahe 4,4 V liegt. Wird dies während des tatsächlichen Gebrauchs ein Problem sein? Wie kann ich den anderen Schottky durch Mosfets ersetzen? Ich denke, die hohe Verstärkung des Operationsverstärkers im tl431 kann die Oszillation verursachen, bin mir aber nicht sicher. Schaltung simuliert gut mit einem Schottky anstelle des ersten Mosfets nach der Batterie.

Ich habe nicht viel Erfahrung damit. Alle Vorschläge werden geschätzt.

Ich habe 2 weitere Mosfets hinzugefügt und diese bekommen. Schwingt immer noch, wenn die Netzspannung gewechselt wird, scheint aber in Ordnung zu simulieren, wenn ich feste DV-Spannungen für V1 verwende. Ich frage mich, ob dies eine LTSpice-Eigenart ist oder ob die Zeitschritte zu klein sind oder ob es sich um ein echtes Problem handelt. Eine Rennbedingung, die in der Realität auftreten wird. Die Stromversorgung wird auf Batterie umgeschaltet, wenn die Netzspannung unter 4,21 V fällt.

TL431 arbeitet nach den Spezifikationen. Das Datenblatt gibt einen Kathodenstrom von mindestens 0,7 mA bis 1 mA an, der erforderlich ist, damit die Referenz ordnungsgemäß funktioniert. Siehe die auf den Seiten 5 bis 13 aufgeführten Tabellen "Mindestkathodenstrom zur Regelung".

Auf den ersten Blick ist R1 viel zu hoch, noch bevor die Spannung von U3 unterbrochen wird. Außerdem muss die Kathodenspannung mindestens nahe an der Referenzspannung liegen. Siehe das Komparatorbeispiel auf Seite 21 und die Tabelle auf Seite 22 sowie Ihren gesunden Menschenverstand darüber, wie eine Referenz funktionieren sollte.

Möglicherweise reicht es aus, den Wert von R1 zu senken und ihn von der höchsten Spannungsquelle über zwei Dioden zu speisen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wenn Ihre Schaltung mit Batterie gut funktioniert und Sie sich Sorgen über den höheren Stromverbrauch machen, können Sie einen Kompromiss eingehen und den Schaltplan geringfügig ändern, um TL431 nur dann in Parametern zu liefern, wenn V1 höher genug ist.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Aktualisieren

Ich konnte Ihre Schaltung nicht so wie sie ist oder mit geringfügigen Änderungen zum Laufen bringen.

Der Spannungsabfalldetektor funktioniert nicht wie vorgesehen, da der M1-Transistor immer geöffnet ist, wenn U1 mit einer Kathodenspannung von mehr als 2 V in den Arbeitsbereich gelangt.

Das Problem ist, dass eine Rückkopplungsschleife mit linearer Verstärkung das Rauschen verstärkt und von einem unzureichenden Phasenabstand in der geschlossenen Schleife ohne einen integratorähnlichen stabilen Operationsverstärker mit Einheitsverstärkung oszilliert. Apropos Op. Der TL431 ist ein programmierbarer Zener mit geringer Verstärkung, der sich wie ein geschlossener Operationsverstärker mit niedriger Verstärkung und geringer Verstärkung von (R6 + R2) / R2 * 2V = 4,94 V verhält.

Datenblattverletzung

(Ein großes Lob an Dorian für diese Fehlererkennung). Diese Antwort bezieht sich eher auf das Entwerfen einer Lösung mit einem Beispiel für einen OR-FET-Schalter und einer Anweisung zu den Spezifikationen 1., 2. Auswahl (Marke oder Kauf) und 3. Auswahl, wenn Sie der Meinung sind, dass Sie es besser machen können oder nur durch Fehler in Schritt 1 lernen möchten.

Minimaler Kathodenstrom für I min Siehe Abbildung 20 Vka = Vref 0,4 mA min 0,7 mA Typregelung
Der Wert und die Position von R1 sind falsch. Es ist für U1 unmöglich, 5 V von Vbat = 4 V Pullup an R1 zu erreichen, also nur Leckstrom. falsch.

Vergleichen Sie immer bei einem Schwellenwert, der unter der Spannung liegt, die Sie regulieren möchten, NICHT MEHR.

Sie möchten feststellen, dass 5 V unter 4 V fallen, und dann die Ausgänge wechseln.

Leider ist der 4V keine gute Quelle für USB, daher ist es notwendig, Ihre Anforderungen zu überdenken und die Designparameter zu ändern.

• Vielleicht möchten Sie 4V Bat aktivieren, um auf 5V zu erhöhen, wenn USB fällt.
• Vielleicht möchten Sie, dass 5V "USV" von Vbvat bis Vmin betrieben werden, sodass ein Boost-Regler benötigt wird

• Vielleicht möchten Sie auch die Gebühr für Vbat regulieren

  • Diese werden wie in jedem Datenblatt immer in Ihrer Gesamtsystem-Entwurfsspezifikation 1. "a priori" mit einer Liste von Variablen und Min-Max-Werten definiert

  

Vorschlag für alle Neulinge:

Beginnen Sie mit den richtigen Konstruktionsspezifikationen für alle Ein- und Ausgabebedingungen.

Na ja, ein Kopfgeld! Ich habe mich endlich für diese nicht abscheulich aussehende Schaltung entschieden, die immer noch bei Batteriespannung schwingt, aber bei oberhalb der Batteriespannung stabil ist! Die Batteriespannung beträgt bei Bleisäure wahrscheinlich maximal 4,5 V, was die Untergrenze der USB-Spezifikation darstellt.

Das Problem ist nicht die Netzspannung, die möglicherweise nicht stabil ist. Es kann nur für einen Moment instabil sein und ist kein Problem. Wenn es wirklich instabil oder nicht den Spezifikationen entspricht, ersetzen Sie die Wandwarze. Es kann viele Fehler mit einer Wandwarze geben, die die Spannung nicht aufrechterhalten kann. Ich möchte nicht darauf vertrauen, dass es Mikrocontroller mit Strom versorgt.

Das eigentliche Problem ist die Batteriespannung, die abgeschaltet werden muss, sobald sie zu niedrig ist, um eine dauerhafte Beschädigung der Batterie zu vermeiden. Stellen Sie die Widerstände nach Geschmack ein. Die Schaltung ist billiger als zuvor und zuverlässiger. Schottky ist mein Freund, ich habe nichts mehr gegen ihn! Er hat mir viel Kopfschmerzen erspart. Der Stromkreis, der mit Batterie betrieben wird, muss ohnehin weit unter 4,7 V betrieben werden können.

PS: Ich mag keine Single-Chip-Lösungen, sie spielen schwer, um auf meine Seite des Planeten zu kommen. Außerdem kann ich sie nicht wohl oder übel rauchen ...

UPDATE :

Hier ist ein viel eleganteres (nicht abscheuliches) Schema. Wie Dorian und andere hervorgehoben haben, benötigt der TL431 einen Mindeststrom, um zu funktionieren. Für den Betrieb ist also eine zuverlässige Spannungsquelle erforderlich. Das heißt, es muss mit der Batterie betrieben werden. Der TL431 muss wirklich als Komparator fungieren, sonst befinden sich die Mosfets im linearen Modus und beginnen sich zu erwärmen. Die Gate-Spannung kommt aufgrund der eingehenden Netzspannung der Quellenspannung von U2 sehr nahe. Dies ist die eigentliche Ursache für die obigen Schwingungen, nicht die Datenblattverletzung des tl431. Die Schwingungen treten auch dann auf, wenn der tl431 vollständig entfernt wird. Die Mosfets als Logikpegel helfen auch nicht. Für die folgende Schaltung wurden die Mosfets durch N-Kanal-Mosfets ersetzt. Dies führt jedoch zu einem Spannungsabfall an der Quelle, wenn diese vollständig eingeschaltet ist. Die zu ladende Spannung variiert von 2. 8V bis 4,7V und die Schaltung funktioniert einwandfrei ohne Schwingungen. Es ist möglicherweise möglich, die Position von R6 und tl431 zu wechseln, aber dann geht die tl431-Anode nur auf 2,5 V und die Mosfets (jetzt wieder durch P-Kanal-Mosfets ersetzt) ​​bleiben immer eingeschaltet.

Aber da der tl431 ohnehin als Komparator verwendet wird und auch einen Versorgungsstrom benötigt, um zu funktionieren, sollten Sie ihn doch komplett durch ein komparatorähnliches Gerät mit niedrigerem Strom ersetzen. Leider erreicht lm358 die + ve Schiene nicht. und die Mosfets sind logisch. Wenn also die Netzspannung hoch ist, fließt ein Rückstrom in die Batterie (0-60 mA, wenn die Batterie von 3,85 auf 3,6 V abfällt). Dadurch wird der Akku durch Erhaltungsladung aufgeladen, wenn die Ladung schwach wird. Das kann hoffentlich eine gute Sache sein. Die Schaltung funktioniert perfekt bei allen Netzspannungen von 2 V bis 5 V ohne Schwingung. Die Schaltung hängt vom Spannungsabfall an der Diode ab. Das Ersetzen durch 1N4148 garantiert nicht, dass es bei hoher Batteriespannung ohne Schwingungen funktioniert. Die Schaltung wurde mit dem LM393, einem tatsächlichen Komparator, nicht korrekt simuliert. Vor dem Gebrauch wird eine ordnungsgemäße Prüfung empfohlen.

Schwingungen werden durch irgendeine Art von Rennbedingungen an den Quell- und Gatespannungen des zweiten Mosfets verursacht. Ich weiß immer noch nicht genau, was los ist. Aber die modifizierten Schaltungen funktionieren und lösen meine Probleme. Dies ist nicht die perfekte Antwort. Aber es ist die beste Antwort. Ich akzeptiere meine eigene Antwort.

mehr Update!

Nochmals optimiert, schauen Sie genau hin, Mosfets werden auf der Y-Achse gedreht, sodass sich die Quelle im Inneren befindet. Der Stromkreis ist jetzt bei allen Netz- und Batteriespannungen vollständig stabil. Abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen Netz und Batterie kann in einigen Fällen ein Erhaltungsstrom zur Batterie fließen (möglicherweise 60 mA). Die Schaltung funktioniert entweder mit einem Schottky oder einem 1n4148 (obwohl sie bei 1n4148 offensichtlich mehr aus der Batterie zieht, wenn die Batteriespannung hoch ist). Funktioniert sowohl mit dem echten Komparator LM393 als auch mit dem LM358, ohne Änderungen. Opamp / Komparator akzeptiert Netz- oder Ausgangsspannung am nicht invertierenden Pin zum Vergleich mit Batterie. Ich denke, es ist nahezu perfekt. Danke für das Kopfgeld!

PS: sollte wahrscheinlich 1N4148 durch 1N4007 ersetzen, aber 1N5819 ist am besten.