Crowbar-Schaltung verursacht unerwartetes Verhalten für Operationsverstärkerschaltung

Ich benutze einen Operationsverstärker, um ein Eingangssignal von einem Mikrocontroller zu verstärken, was im Allgemeinen gut funktioniert.

Zum Schutz vor Überspannung habe ich die Brechstangenschaltung hinzugefügt, die direkt aus Abbildung 32, Seite 27 des TL431-Datenblattes entnommen wurde, und die der Schaltung, die ich nicht ganz verstehe, unerwünschtes Verhalten hinzugefügt hat.

Wenn der TL431 bei einer Spannung von 2,5 V und der Spannungsteiler / auslöst, sollte die Brechstange bei einer Ausgangsspannung des Operationsverstärkers von 4,8 V auslösen und die Sicherung durchbrennen. Was ich aber sehe ist, dass sobald die Ausgangsspannung 3 V erreicht, der Ausgang auf 0,75 V abfällt und auf diesem Pegel bleibt, bis die Eingangsspannung weit genug abfällt, dass der Ausgang im normalen Betrieb unter 0,75 V liegen sollte. Danach funktioniert es wieder wie erwartet, bis 3 V oder mehr Ausgang erreicht sind.$R_3$$R_4$

Ich fand in dieser Diskussion dieser Brechstangenschaltung heraus , dass die Platzierung und Größe des Kondensators, wie im Datenblatt dargestellt, möglicherweise nicht ideal ist. Könnte das irgendwie mein Problem verursachen? Wenn nicht, was könnte sonst noch für dieses Verhalten verantwortlich sein?

BEARBEITEN: Für den richtigen Kontext für die hinzugefügte Brechstange reguliere ich die Leistung eines Lasers mit dem Operationsverstärkerausgang. Ich muss sicherstellen, dass der Laser nicht dauerhaft durch einen Kurzschluss des Ausgangs mit 5 V eingeschaltet wird, der als + Vcc für den Operationsverstärker und für andere Teile auf der Platine verwendet wird. Da ich nicht mehr als 4,2 V Ausgang benötige und nicht mehr als das während des normalen Betriebs erhalten sollte, war das Durchbrennen einer Sicherung mit der Brechstange das Beste, was ich mir vorstellen konnte, um mich vor diesem Fall zu schützen.

Datenblätter:

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

Operationsverstärker: 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

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

Update: Durch vollständiges Entfernen von C1 wird das beschriebene Verhalten nicht beseitigt, sondern die Spannung, bei der es auftritt, auf 3,3 V erhöht

In der Schaltung, wie Sie es zeigen, benötigen Sie kein C1.
Wie in der vorherigen Diskussion ausgeführt, kann der Kondensator den Triac bei plötzlichen Anstiegen des Opamp-Ausgangs einschalten.

Der TL431 ist nicht wirklich für das geeignet, was Sie versuchen, da für die Einstellung der Referenz ein Mindest-Ik erforderlich ist (0,4 mA). Die seltsame Leitung, die Sie sehen, ist höchstwahrscheinlich auf die Auswirkungen des internen Referenzgenerators zurückzuführen.

Angenommen, Sie möchten eine Sicherung durchbrennen (und wie bereits erwähnt, ist die von Ihnen ausgewählte Sicherung nicht geeignet), würde ich vorschlagen, dass die folgende Änderung Ihre Probleme lösen kann:

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

R3 stellt sicher, dass die interne Referenz des TL431 immer ausreichend gewartet wird und nicht vom Signalpegel abhängig ist.
M2 schließt den Ausgang des Operationsverstärkers kurz… aber hier sind die Dinge verschwommen. Der Operationsverstärker kann nur 80 mA liefern, daher gehe ich davon aus, dass Sie versuchen, die Sicherung durchzubrennen, wenn der Operationsverstärker tot ist (und der Strom unkontrolliert ist).
Wenn jedoch der Operationsverstärker in Ordnung ist und das Signal einfach zu hoch ist, würde diese Schaltung den Ausgang klemmen, wodurch die 80 mA ohne Probleme sinken. Eine Sicherung zum Lösen zu bringen ist harte Arbeit.

Update: Aus welchem ​​Grund möchten Sie die Ausgangsschwingung auf 4,8 V begrenzen, wenn der Rail-Rail-Betrieb sie bereits auf 5 V begrenzt? Erklären Sie Ihre Bedürfnisse ausführlicher, um eine bessere Antwort zu finden.

Wenn Sie das Problem aus einer reinen Opamp-Perspektive betrachten, lautet Ihre Spezifikation wie folgt:

1. Der Ausgang des Operationsverstärkers darf bei einer 5-V-Versorgung NIEMALS über 4,8 V liegen
2. Der Eingang muss hochohmig sein
3. Der Operationsverstärker ist nicht defekt (daher funktionieren die Ausgangsstrombegrenzungen).
4. Klemmen Sie den Eingang und nicht den Ausgang

Dies könnte ein praktikabler Ansatz sein, um das Eingangssignal einfach zu klemmen:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Der TLV3011 liefert eine sehr genaue Referenzspannung und R4 / 5/6 bietet eine Einstellung für die Ausgangsschwelle.

Der Operationsverstärker liefert nicht genügend Strom, um die Sicherung durchzubrennen. Die Sicherung ist für 200 mA ausgelegt (für die Sicherung mit dem niedrigsten Nennstrom in der Familie). Der Operationsverstärker kann nur 80 mA liefern (wenn er mit 5 V bei 2,7 V betrieben wird, sind es nur 30 mA) oder weniger als die Hälfte des Stroms, der die Sicherung durchbrennt.

Nehmen wir an, dass am anderen Ende der Sicherung Masse angeschlossen ist, anstatt des Brechstangenkreises würden nur 80 mA durch die Sicherung fließen und sie würde immer noch nicht durchbrennen, selbst wenn Sie die Spannung so hoch wie den Ausgang des AD8605 erhöhen würden Berücksichtigen Sie die Nennleistung (6 V).

Crowbar-Schaltungen sind für Spannungsschaltungen mit niedrigen Quellenimpedanzen / hohen Strömen wie eine Stromversorgung.

BEARBEITEN:

Es gibt einige Optionen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Ausgangsleistung des Operationsverstärkers zu begrenzen, indem Vcc des Operationsverstärkers auf 3,4 V geändert wird.

Das andere Verfahren wäre die Verwendung einer Zenerdiode am Eingang, dies würde jedoch eine gewisse Linearität und die Lastimpedanz opfern, wie vom Vin aus gesehen. Der Widerstand könnte auf einen höheren Wert angehoben werden, würde aber auch die Steigung der Grenzkurve ändern und den oberen Bereich der Vin / Vout-Kurve, in dem die Diodenklemmen ungenau / weniger linear sind, verändern. Dies ist keine gute Option. Ich bevorzuge es, den Ausgang zu klemmen oder den Vcc zu begrenzen (was wahrscheinlich am einfachsten wäre und nur einen Regler zur Schaltung hinzufügt).

Die letzte Option wäre die Verwendung eines Vorwiderstands und von Dioden am Ausgang, auch mit einem gewissen Verlust aufgrund des Vorwiderstands und des Leckstroms von der Diode.

EINE ANDERE BEARBEITUNG:

Wenn Sie eine Strombegrenzung wünschen, gibt es viele Schaltkreise, die diese Aufgabe erfüllen können. (Es gibt auch viele ICs, die für diese Aufgabe geeignet sind). Die meisten umfassen das Erfassen des Stroms mit einem Stromerfassungsverstärker wie dem unten gezeigten (der Verstärker IC1 schaltet den Optokoppler, der wiederum einen PMOS-High-Side-Schalter umschaltet):

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

ODER viele hier aufgeführte Schaltkreise

Ich habe den ursprünglichen Grund für das unerwartete Verhalten des TL431 gefunden.

Es stellte sich heraus, dass die von mir verwendete Eagle-Bibliothek das SOT23-Paket für den TL432 unter dem TL431 enthielt. Da die beiden Kathoden- und Referenzstifte vertauscht haben, funktionierte meine Schaltung mit dem TL431 nicht richtig.

Die ursprüngliche Schaltung hatte immer noch einige Instabilitäten, weshalb ich Jack Creasys Antwort akzeptierte, da seine alternative Schaltung sehr gut funktioniert.