5V USV-Schaltung schwingt?

TL431 arbeitet außerhalb der 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 Tabellen auf Seite 5 bis 13, Parameter "Mindestkathodenstrom für die Regelung".

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

Vielleicht könnte es ausreichen, den Wert von R1 zu senken und ihn von der höchsten Spannungsquelle über zwei Dioden zu speisen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wenn Ihre Schaltung im Akkubetrieb 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 mit Parametern zu versorgen, wenn V1 höher genug ist.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Aktualisieren

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

Der Spannungsabfalldetektor funktioniert nicht wie vorgesehen, da der M1-Transistor immer offen 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 aufgrund eines unzureichenden Phasenabstands in der geschlossenen Schleife ohne einen Integrator wie stabile Operationsverstärker mit Einheitsverstärkung oszilliert. Apropos Op. Amps. ist der TL431 ein programmierbarer Zener mit niedriger Verstärkung, der sich wie ein Closed-Loop-Operationsverstärker mit niedriger Verstärkung und einer niedrigen Verstärkung von (R6+R2)/R2 * 2 V = 4,94 V verhalten kann.

Datenblattverletzung

(Ein großes Lob an Dorian für diese Fehlererkennung). Diese Antwort zielt eher darauf ab, wie Sie eine Lösung mit einem Beispiel für einen OR-FET-Schalter und einer Aussage zu den Spezifikationen 1., der zweiten Wahl (make or buy) und dann der 3. machen können, wenn Sie glauben, 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 an einem Schwellenwert, der niedriger ist als die Spannung, die Sie zu regulieren versuchen, NICHT MEHR.

Sie möchten erkennen, dass 5 V unter 4 V fallen, und dann die Ausgänge schalten.

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

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

• Vielleicht möchten Sie auch die Ladung an Vbat regulieren

  • Diese werden immer in Ihrer Gesamtsystemdesignspezifikation 1st "a priori" mit einer Liste von Variablen und Min-Max-Werten definiert, genau wie jedes Datenblatt

  

Tipp für alle Neulinge:

Beginnen Sie noch einmal mit den richtigen Designspezifikationen für alle Eingangs- und Ausgangsbedingungen.

Na ja, ein Kopfgeld! Ich habe mich schließlich für diese nicht hässlich aussehende Schaltung entschieden, die immer noch bei Batteriespannung oszilliert, aber bei über Batteriespannung stabil ist! Die Batteriespannung beträgt wahrscheinlich maximal 4,5 V mit Bleisäure, was die untere Grenze der USB-Spezifikation ist.

Das Problem ist nicht die Netzspannung, die möglicherweise nicht stabil ist. Es kann für einen Moment instabil sein und ist kein Problem. Wenn es wirklich instabil ist oder außerhalb der Spezifikationen liegt, ersetzen Sie die Wandwarze. An einer Wandwarze, die die Spannung nicht aufrechterhalten kann, kann vieles schief gehen. Ich würde es nicht darauf vertrauen wollen, Mikrocontroller mit Strom zu versorgen.

Das eigentliche Problem ist die Batteriespannung, die abgeschaltet werden muss, sobald sie zu niedrig ist, um eine dauerhafte Beschädigung der Batterie zu vermeiden. Passen Sie die Widerstände nach Geschmack an. Circuit ist weniger teuer als zuvor und zuverlässiger. Schottky ist mein Freund, ich habe nichts mehr gegen ihn! Er hat mir viel Kopfzerbrechen erspart. Der batteriebetriebene Stromkreis muss sowieso mit weit weniger als 4,7 V betrieben werden können.

PS: Ich mag keine Single-Chip-Lösungen, sie sind schwer auf meiner Seite des Planeten zu bekommen. Außerdem kann ich sie wohl oder übel nicht rauchen...

AKTUALISIEREN :

Hier ist ein viel eleganter (nicht abscheulich) aussehender Schaltplan. Wie Dorian und andere betont haben, benötigt der TL431 einen Mindeststrom, um zu funktionieren. Für den Betrieb ist also eine zuverlässige Spannungsquelle erforderlich. Das heißt, es muss über die 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 sehr nahe an die Source-Spannung von U2 heran. Dies ist die eigentliche Ursache für die obigen Oszillationen, nicht die Datenblattverletzung des tl431. Die Schwingungen treten auch dann auf, wenn der tl431 vollständig entfernt wird. Dass die Mosfets auf Logikpegel sind, hilft auch nicht. Für die folgende Schaltung wurden die Mosfets durch N-Kanal-Mosfets ersetzt. Dies verursacht jedoch einen Spannungsabfall an der Quelle, wenn er vollständig eingeschaltet ist. Spannung zum Laden variiert von 2. 8V bis 4,7V und die Schaltung funktioniert einwandfrei ohne Schwingungen. Es kann möglich sein, die Position von R6 und dem tl431 zu wechseln, aber dann steigt 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 sowieso als Komparator verwendet wird und auch einen Versorgungsstrom benötigt, warum ihn nicht vollständig durch ein Komparator-ähnliches Gerät mit niedrigerem Strom ersetzen .... Leider erreicht lm358 nicht die + ve-Schiene. und die Mosfets sind Logikpegel. 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 die Batterie erhaltungsgeladen, wenn die Ladung zur Neige geht. Das kann hoffentlich gut sein. Die Schaltung funktioniert einwandfrei bei allen Netzspannungen von 2 V bis 5 V, ohne Oszillation. Die Schaltung hängt vom Spannungsabfall an der Diode ab. Das Ersetzen durch 1N4148 garantiert nicht, dass es ohne Schwingungen funktioniert, wenn die Batteriespannung hoch ist. Die Schaltung wurde mit dem LM393, der ein tatsächlicher Komparator ist, nicht korrekt simuliert. Vor der Verwendung wird eine ordnungsgemäße Prüfung empfohlen.

Oszillationen werden durch eine Art Rennbedingungen an den Source- und Gate-Spannungen des zweiten Mosfet 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 aktualisieren!

Nochmals optimiert, schauen Sie genau hin, Mosfets werden auf der Y-Achse umgedreht, 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 gewisser Erhaltungsstrom zur Batterie fließen (möglicherweise 60 mA). Circuit funktioniert entweder mit einem Schottky oder einem 1n4148 (obwohl es mit 1n4148 offensichtlich mehr aus der Batterie zieht, wenn die Batteriespannung hoch ist). Funktioniert mit dem echten Komparator LM393 sowie LM358, ohne Änderungen. Opamp/Komparator akzeptiert Netz- oder Ausgangsspannung am nicht invertierenden Pin zum Vergleich mit der Batterie. Ich finde es nahezu perfekt. Danke für das Kopfgeld!

PS: Wahrscheinlich sollte 1N4148 durch 1N4007 ersetzt werden, aber 1N5819 ist am besten.