Rangkaian linggis menyebabkan perilaku tak terduga untuk sirkuit op amp

Saya menggunakan op amp untuk memperkuat sinyal input dari mikrokontroler, yang secara umum berfungsi dengan baik.

Untuk perlindungan tegangan berlebih, saya menambahkan sirkuit linggis yang diambil langsung dari gambar 32, halaman 27 lembar data TL431 dan yang menambahkan beberapa perilaku yang tidak diinginkan ke sirkuit yang saya tidak begitu mengerti.

Dengan TL431 dipicu pada tegangan 2,5 V dan pembagi tegangan $R_3$ / $R_4$ linggis harus dipicu pada tegangan keluaran op amp 4,8 V dan meniup sekering. Tetapi yang saya lihat adalah, bahwa segera setelah tegangan output mencapai 3 V, output turun menjadi 0,75 V dan tetap pada tingkat itu sampai tegangan input turun cukup jauh, sehingga output harus di bawah 0,75 V dalam operasi normal. Setelah itu, berfungsi seperti yang diharapkan lagi, hingga 3 V atau lebih output tercapai.

Saya menemukan dalam diskusi tentang sirkuit linggis ini , bahwa penempatan dan ukuran kapasitor seperti yang digambarkan dalam lembar data mungkin tidak ideal. Bisakah itu entah bagaimana menyebabkan masalah saya? Jika tidak, apa lagi yang bertanggung jawab atas perilaku ini?

EDIT: Untuk konteks yang tepat untuk linggis yang ditambahkan, saya mengatur kekuatan laser dengan output op amp. Saya harus memastikan bahwa laser tidak dihidupkan secara permanen oleh hubung singkat output ke 5V yang digunakan sebagai + Vcc untuk op amp dan untuk bagian lain pada PCB. Karena saya tidak membutuhkan lebih dari output 4.2V dan tidak seharusnya mendapatkan lebih dari itu selama operasi reguler, meniup sekering dengan linggis adalah yang terbaik yang bisa saya buat untuk melindungi dari kasus ini.

Lembar data:

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

Op amp: 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

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Pembaruan: Menghapus C1 sepenuhnya tidak menghilangkan perilaku yang dijelaskan, tetapi meningkatkan tegangan saat terjadi ke 3.3V

— Eye of Horus
sumber

Harap berikan tautan ke lembar data pabrikan untuk op-amp, sekering, dan triac. Sepertinya op-amp Anda tidak memasok arus yang cukup untuk meniup sekring.

— Elliot Alderson

Saya menambahkan lembar data. Sekalipun arusnya rendah untuk meledakkan sekering, itu tidak akan menjelaskan mengapa sesuatu tampaknya terjadi pada 3 V, bukannya 4,8 V, atau bukan?

— Eye of Horus

Ukur tegangan pada pin REF TL431 (relatif terhadap arde) ketika ada sedikit kurang dari 3V pada keluaran op-amp (sebelum rangkaian muncul untuk memicu).

— Spehro Pefhany

Saya akan mencoba menghapus triac untuk melihat apakah TL431 sendiri berfungsi dengan baik.

— Elliot Alderson

Mengapa Anda ingin melakukan ini? Apakah resistor sederhana dalam rangkaian tidak cukup memadai untuk melindungi baik opamp dan MCU, mungkin dengan dioda penjepit eksternal setelahnya (mungkin juga zener)? Tidak ada sekering yang meledak, dan Anda masih bisa mendeteksi kondisi tegangan lebih ini di firmware. Namun ini dapat menimbulkan beberapa masalah ketika terhubung langsung ke ADC; tetapi itu mudah diatasi dengan kapasitor tambahan oleh pin ADC, atau buffer.

— Richard the Spacecat

Jawaban:

Di sirkuit saat Anda menunjukkannya, Anda tidak memerlukan C1.
Seperti ditunjukkan dalam pembahasan sebelumnya, kapasitor dapat menyalakan Triac pada kenaikan tiba-tiba pada keluaran opamp.

TL431 tidak benar-benar cocok untuk apa yang Anda coba lakukan karena memerlukan Ik minimum untuk mengatur referensi (0.4mA). Konduksi aneh yang Anda lihat kemungkinan besar karena dampak dari generator referensi internal.

Namun dengan asumsi Anda ingin meledakkan sekering (dan seperti yang sudah ditunjukkan sekering yang Anda pilih tidak cocok) Saya sarankan perubahan berikut dapat menyelesaikan masalah Anda:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

R3 memastikan referensi internal TL431 selalu diservis dengan memadai dan tidak tergantung pada level sinyal.
M2 lebih pendek keluaran opamp .... tapi di sini semuanya kabur. Opamp hanya mampu 80mA, jadi saya menganggap Anda mencoba untuk meniup sekering ketika opamp mati (dan arus tidak terkontrol).
Namun jika opamp ok dan sinyalnya terlalu tinggi, maka rangkaian ini akan menjepit keluaran yang menenggelamkan 80ma tanpa masalah. Mendapatkan sekering untuk meledak adalah kerja keras.

Pembaruan: Apa alasan Anda ingin membatasi ayunan keluaran menjadi 4,8V saat operasi rel-kereta membatasinya menjadi 5V? Jelaskan kebutuhan Anda lebih lengkap untuk harapan jawaban yang lebih baik.

Melihat masalah dari perspektif opamp murni, adalah spesifikasi Anda sebagai berikut:

Output dari opamp harus TIDAK PERNAH pergi di atas 4.8V dengan pasokan 5V
Input harus impedansi tinggi
Opamp tidak rusak (sehingga batas arus keluaran bekerja)
Jepit input daripada output

Ini mungkin merupakan pendekatan yang layak untuk hanya menjepit sinyal input:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini}

The TLV3011 menyediakan tegangan referensi yang sangat akurat dan R4 / 5/6 memberikan penyesuaian untuk ambang output.

— Jack Creasey
sumber

Anda benar, saya tidak menjelaskan use case dengan benar. Saya harus memastikan bahwa perangkat yang diatur dengan output op amp hanya dihidupkan ketika ada sinyal input yang tepat. Saya secara khusus diberitahu untuk mempertimbangkan kasus korsleting antara 5V + Vcc dan output op amp. Karena saya paling membutuhkan tegangan output 4.2V dan dapat mengatur sinyal input yang sesuai, linggis ini adalah yang terbaik yang bisa saya buat agar aman dalam skenario ini. Saya tidak melihat bahwa peringkat sekering saat ini terlalu tinggi untuk keluaran op amp, tapi mungkin itu berfungsi dalam kasus kesalahan.

— Eye of Horus

@ EyeofHorus Kemudian skema pertama dengan perangkat FET akan bekerja di kedua kesalahan dan kekurangan untuk memasok. Anda hanya perlu memilih sekering yang cocok. Anda mungkin melihatnya: datasheets.avx.com/AccuGuardLC_0402.pdf .... peringkat sekering 37,5 mA tampaknya cocok untuk aplikasi ini. Meniup sekering adalah tindakan yang sangat drastis, Anda akan lebih baik membuat pasokan 5v saat ini terbatas dan hanya mempersingkat keluaran opamp. Beri tahu saya jika Anda ingin menjelajahinya.

— Jack Creasey

Saya telah mensimulasikan skema pertama Anda dengan LTSpice dan berfungsi dengan baik jika saya hanya meningkatkan sinyal dari 0V ke 5V, tetapi jika saya menambahkan op amp saya dengan resistor umpan balik, output tidak pernah berjalan di atas 4.7V, tidak peduli seberapa tinggi input . Ref TL431 selalu sedikit di bawah 2.5V, jadi MOSFET tidak memicu. Saya tidak perlu harus meniup sekering, jika saya bisa membuat desain aman dengan cara yang lebih mudah. Saya memiliki persediaan 5V yang tidak dapat saya ubah saat ini. Jika itu bukan masalah, saya akan berterima kasih mendengar saran Anda yang lain.

— Eye of Horus

Opamp tidak menyediakan arus yang cukup untuk meniup sekring. Sekering dinilai untuk 200mA (untuk sekering dinilai terendah saat ini dalam keluarga), opamp hanya dapat memasok 80mA (jika berjalan pada 5V pada 2.7V itu hanya 30mA), atau kurang dari setengah arus untuk meniup sekering.

Mari kita mengira bahwa tanah terpasang ke ujung sekering, bukan sirkuit linggis, hanya 80mA akan mengalir melalui sekering, dan itu masih tidak akan meledak, bahkan jika Anda menaikkan tegangan setinggi output AD8605 akan memungkinkan untuk peringkat itu (6V).

Rangkaian linggis adalah untuk sirkuit tegangan yang memiliki impedansi sumber rendah / arus tinggi seperti catu daya.

EDIT:

Ada beberapa opsi, salah satu caranya adalah membatasi keluaran opamp dengan mengubah Vcc dari opamp ke 3.4V.

Metode lain adalah dengan menggunakan dioda zener pada input, namun ini akan mengorbankan beberapa linearitas dan impedansi beban seperti yang terlihat dari Vin. Resistor dapat dinaikkan ke nilai yang lebih tinggi, tetapi juga akan mengubah kemiringan kurva pembatas dan membuat rentang atas kurva Vin / Vout di mana klem dioda tidak akurat / kurang linier. Ini bukan pilihan yang baik, saya lebih suka menjepit output atau membatasi Vcc (yang mungkin akan menjadi yang paling sederhana dan hanya menambah regulator ke sirkuit).

Opsi terakhir adalah menggunakan resistor seri dan dioda pada output, juga dengan beberapa kerugian karena resistor seri dan arus bocor dari dioda.

EDIT LAIN:

Jika pembatasan saat ini adalah yang Anda inginkan, ada banyak sirkuit yang dapat menyelesaikan tugas ini. (ada juga banyak IC yang cocok untuk tugas ini). Sebagian besar melibatkan mendeteksi arus dengan penguat indera saat ini seperti yang ditunjukkan di bawah ini (IC1 penguat mengganti optocoupler yang pada gilirannya akan mengaktifkan saklar sisi tinggi pmos):

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

ATAU banyak sirkuit yang tercantum di sini

— Lonjakan tegangan
sumber

@JackCreasey Saya harus membaca komentar Anda beberapa kali dan melihat skematisnya, karena saya pikir maksud Anda skematis dalam jawabannya sudah benar, tetapi itu terbalik. Ketika diubah menjadi konfigurasi non-pembalik (yang dibutuhkan OP) itu tidak akan berfungsi lagi. Karena -ve input dalam skema yang diberikan adalah tanah virtual, tetapi dalam kasus penguat non-pembalik, -ve akan mengikuti Vin. Hanya mengklarifikasi untuk orang lain yang juga mungkin bingung ...

— MartinF

Tidak, itu tidak akan berhasil, tidak dengan satu sisi. Saya akan mengedit jawaban saya dan melihat apakah saya dapat menemukan opsi yang lebih baik. Hal terbaik mungkin akan menjadi rangkaian input limiter

— Voltage Spike

@ MartinF HANYA jawaban yang benar untuk opamp catu daya ganda (ini adalah konfigurasi klasik untuk memotong output). Bukan apa yang OP miliki dan jawabannya salah dan tidak akan berfungsi berdasarkan pertanyaan. TL431 juga merupakan jenis perangkat yang salah untuk mencoba mencapai tujuan OP.

— Jack Creasey

Saya berpikir: Dalam konfigurasi non-pembalik, jika Vin = 1.62V, Vout = 4.8V. 4.8V-1.62V = 3.18V lebih dari Rfeedback. Bukankah itu akan bekerja dengan zener 3.1V?

— MartinF

@JackCreasey Ah, terima kasih! Saya tidak mempertimbangkan catu daya memang - Opamp yang digunakan memiliki tegangan suplai tunggal maks. 5.5V. Pemikiran yang bagus!

— MartinF

Saya menemukan alasan asli untuk perilaku tak terduga dari TL431.

Ternyata perpustakaan Eagle yang saya gunakan memiliki paket SOT23 untuk TL432 di bawah TL431. Karena keduanya telah beralih pin katoda dan referensi, sirkuit saya tidak berfungsi dengan baik dengan TL431.

Sirkuit asli masih memiliki beberapa ketidakstabilan, itulah sebabnya saya menerima jawaban Jack Creasy, karena sirkuit alternatifnya bekerja dengan sangat baik.

— Eye of Horus
sumber