Grundlegendes zur Stromversorgung des CS5463

Ich versuche, den CS5463- Chip mithilfe der Beispielschaltung auf Seite 41 des Datenblattes ( siehe unten) funktionsfähig zu machen:

Im Moment arbeite ich am oberen Teil der Schaltung, der IC-Stromquelle. Ich habe einige Simulationen auf Multisim durchgeführt und anscheinend ist dieser Teil voll funktionsfähig. Bevor ich jedoch zu einem anderen Teil der Schaltung übergehe, möchte ich verstehen, wofür jede Komponente da ist. Ich habe meine Nachforschungen angestellt, damit ich nicht mit leeren Händen ankam.

• Der 470 nFKondensator: Ist es ein Entkopplungskondensator, der ein mögliches Gleichstromsignal von der Stromleitung filtert? Ich konnte diese Informationen nicht aus meinen Simulationen extrahieren. Ich hatte den Eindruck, dass es etwas anderes macht ...

• Der 500 ohmsWiderstand in Reihe mit dem zuvor erwähnten Kondensator… Ist es ein einfacher Strombegrenzer? Ich vermute ja, und seine Funktion besteht darin, den Strom aus dem negativen Zyklus der Stromleitung zu begrenzen.

• Aus den Simulationen habe ich gelernt, dass dieser Kondensator und dieser Widerstand in Reihe großen Spannungen ausgesetzt sind. Der Kondensator ist zum Beispiel Spannungen ausgesetzt bis zu 295 Volts(das Stromnetz, in dem ich mich befinde 220 Volts RMS). Gibt es Kondensatoren in der Größenordnung von Nanofarad, die so viel verarbeiten können?

• Über die Dioden: Die erste ist da, um den Stromkreis im negativen Zyklus zu schließen. Der zweite Zweck besteht darin, zu verhindern, dass das Stromnetz die im 470nFKondensator gespeicherte Energie ableitet, wenn sich das Stromnetz im negativen Zyklus befindet.

• Der 470nFKondensator: ist die Komponente, die Energie aus dem positiven Zyklus des Stromnetzes auflädt, um sie im negativen Zyklus zu entladen.

• Die Zenerdiode: arbeitet als Spannungsregler und hält die Spannung ungefähr an 5 Volts.

• Der 500 ohmsWiderstand vor der Zenerdiode: Erzeugt eine Spannungsdifferenz zwischen dem 470uFKondensator und der Zenerdiode, wenn die auf den Kondensator geladene Spannung größer ist als die, die die Zenerdiode hält (ungefähr 5 Volts).

Sind meine Hipothesys korrekt?

• Die 0.1 uFKondensatoren: wären sie by-pass capacitors? Würden sie als "virtuelle Masse" für das Wechselstromsignal fungieren?

• Warum befindet sich 10 ohmszwischen den VA + - und VD + -Quellstiften ein Widerstand? Warum sind die Erdungsstifte AGND und DGND kurzgeschlossen?

• Ich habe mich für 1N4733Adie Zenerdiode entschieden. Ist es eine leicht zu findende Komponente (lokale Geschäfte)? Würde es andere Vorschläge geben?

Die von Ihnen erwähnten Komponenten bilden zusammen eine einfache transformatorlose Versorgung für den IC. Diese sind in solchen Schaltungen ziemlich häufig.

Der 470nF-Kondensator und 500Ω stellen eine festgelegte Impedanz für die Netzspannung dar und begrenzen den Strom. Der Grund, warum ein einzelner Widerstand nicht verwendet wird, liegt darin, dass er ein gutes Stück Leistung verbrauchen müsste, während ein Kondensator keine Leistung verbraucht (oder sehr wenig für eine nicht ideale Kappe).

Wir können dies anhand der Zahlen demonstrieren:

Unter der Annahme einer Netzfrequenz von 50 Hz können wir die Kondensatorimpedanz berechnen:

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

Um die Gesamtimpedanz zu berechnen, gehen wir wie folgt vor:

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

Der Spitzenstrom durch den 470nF-Kondensator und den 500Ω-Widerstand beträgt also:

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

$45.8mA \times 0.707 = 32.4mA$

Der Widerstand wird sich daher auflösen:

$({32.4mA})^2 \times 500\Omega = 520mW$

Angenommen, wir hätten gerade einen 6791Ω-Widerstand verwendet, um den Strom auf 32,4 mA zu begrenzen. Der Widerstand müsste sich zerstreuen:

$({32.4mA})^2 \times 6791\Omega = 7.1W$

Wir verwenden also die Kappe, um die Hauptbegrenzung durchzuführen, und den Widerstand in Reihe, um den Übergangsstrom zu begrenzen (wenn die Anstiegszeit des Übergangs schnell ist, sieht die Kappe wie eine niedrigere Impedanz aus, aber der Widerstand sieht immer noch wie 500 Ω aus).

Verordnung

Der Rest der Komponenten dient zum Gleichrichten und Regeln der Spannung, um eine konstante Niederspannungs-Gleichstromversorgung für den IC bereitzustellen.

Die 2 Dioden übernehmen die Gleichrichtung und lassen nur die positive Hälfte der Wellenform durch. Dies wird dann durch den 470uF-Kondensator geglättet und dann durch den zweiten 500Ω-Widerstand und die (wahrscheinlich 5,2V) Zenerdiode geregelt.

Der gesamte Prozess sieht also so aus (ignorieren Sie die Dioden-Teilenummern, LTSpice hat keinen 1N4002 oder ähnliches. Außerdem habe ich einen 6,2-V-Zener verwendet, da es keinen 5-V-Zener gibt. Das Prinzip ist jedoch genau das gleiche):

Simulation beim Einschalten (Hinweis V (IC) steigt auf ~ 6,2 V und bleibt dort):

Bypasskappen und 10Ω Widerstand

Die 0,1 uF-Kondensatoren sind in der Tat Bypass-Kondensatoren, die einen lokalen Energiespeicher für den Hochfrequenzstrombedarf darstellen.
In Kombination mit den Kappen dient der 10Ω-Widerstand dazu, die analoge und digitale Versorgung in gewissem Maße zu entkoppeln. Die analogen und digitalen Erdungsstifte sind auch eine Möglichkeit, die Ströme getrennt zu halten. Dies ist bei ICs mit einer Analog-Digital- oder Digital-Analog-Funktion üblich.

PFMON und 470nF Kondensator

Der Kondensator muss für die Netzspannung ausgelegt sein. Es gibt Kondensatoren, sogenannte " X-Kondensatoren ", die speziell für die Verwendung mit Netzstrom zertifiziert sind. Hier ist ein Beispiel für ein 0,47 uF 440 VAC- Teil (es ist eine gute Idee, mindestens das 1,5-fache des Nennnetzes zu wählen ).

Der PFMON-Pin erkennt ein Stromausfallereignis, wenn die Spannung am Pin unter 2,45 V fällt. Dies kann verwendet werden, um Ihren Mikrocontroller zu signalisieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Mit dem gezeigten Teiler (0,66-fache Eingabe) können wir die Eingangsspannung berechnen, bei der dies geschieht:

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

Die minimale Betriebsspannung ist im Datenblatt mit 3,135 V angegeben, was einen Headroom von ~ 0,5 V ergibt.