5В ИБП колеблется?

Я пытаюсь создать 5В ИБП. Питание на нагрузку должно переключаться, если линейное напряжение падает ниже примерно 4 В. Напряжение аккумулятора может составлять от 3,8 до 5 В. Я моделирую в LTSpiceIV.

Я буду использовать Mosfets для питания батареи, чтобы избежать падения напряжения Шоттки. Тем не менее, цепь начинает колебаться, когда линейное напряжение около 4,4 В. Будет ли это проблемой при реальном использовании? Кроме того, как я могу заменить другой Шоттки с Mosfets? Я думаю, что высокий коэффициент усиления операционного усилителя в tl431 может быть причиной колебаний, но я не уверен. Схема отлично имитирует шоттки вместо первого мосфета после батареи.

У меня нет большого опыта с этим. Все предложения будут оценены.

Я добавил еще 2 Mosfets и получил это. Все еще колеблется, когда сетевое напряжение циклично, но, кажется, имитирует нормально, когда я использую фиксированные напряжения DV для V1. Интересно, является ли это причудой LTSpice, или временные шаги слишком малы, или это настоящая проблема ... какое-то состояние гонки, которое произойдет в реальности. Питание переключается на батарею, когда линейное напряжение падает ниже 4,21 В.

TL431 работает на основе спецификаций, в техническом описании указаны минимальные значения тока катода от 0,7 мА до 1 мА, необходимые для правильной работы эталона, см. Таблицы со страницы 5-13, параметр «минимальный ток катода для регулирования».

На первый взгляд, R1 - путь к высокому уровню даже до того, как напряжение будет снижено U3. Кроме того, напряжение катода должно быть по крайней мере близко к опорному напряжению, см примера компаратора страницы 21 и таблице в странице 22 и также здравый смысл, как ссылка должна работать.

Может быть, понижение значения R1 и подача его от источника наивысшего напряжения через два диода может сделать эту работу.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Если ваша схема хорошо работает от батареи и вы беспокоитесь о более высоком потреблении тока, вы можете пойти на компромисс и немного изменить схему, чтобы обеспечить параметры TL431 только тогда, когда V1 достаточно выше.

^{смоделировать эту схему}

Обновить

Я не мог заставить вашу схему работать как есть или с небольшими изменениями.

Детектор падения напряжения не работает должным образом, поскольку транзистор M1 всегда открыт, когда U1 попадает в рабочий диапазон с напряжением катода выше 2В.

Проблема заключается в том, что контур обратной связи с линейным усилением будет усиливать шум и колебаться от недостаточного запаса по фазе в замкнутом контуре без интегратора, такого как стабильные операционные усилители с единичным усилением. Кстати о соч. Амплитуда. TL431 - это программируемый стабилитрон с низким усилением, который может вести себя как операционный усилитель с замкнутым контуром с низким усилением и низким усилением (R6 + R2) / R2 * 2В = 4,94 В.

Нарушение таблицы

(Благодарность Дориану за обнаружение неисправностей). Этот ответ больше о том, как спроектировать любое решение с примером переключателя ИЛИ FET и заявления о спецификациях 1-й, 2-й выбор (сделать или купить), а затем 3-й сделать, если вы думаете, что можете сделать лучше или просто хотите учиться на ошибках на шаге 1.

Минимальный ток катода в течение I мин. См. Рисунок 20 Vka = Vref 0,4 мА мин. Типовое регулирование 0,7 мА
Значение и расположение R1 неверны. U1 не может достичь 5 В от напряжения Vbat = 4 В на R1, таким образом, только ток утечки. неправильно.

Всегда сравнивайте при некотором пороге, который меньше напряжения, которое вы пытаетесь регулировать, НЕ БОЛЬШЕ.

Вы хотите почувствовать падение напряжения 5 В ниже 4 В, а затем переключить выходы.

К сожалению, 4V не является хорошим источником для USB, поэтому необходимо переосмыслить ваши требования и изменить параметры дизайна.

• Возможно, вы хотите включить 4V bat, чтобы увеличить до 5V, когда USB падает.
• Возможно, вы хотите, чтобы 5В «ИБП» работал от Vbvat до Vmin, поэтому необходим повышающий регулятор

• Возможно, вы также хотите регулировать зарядку в Vbat

  • Они всегда определяются в вашей общей спецификации системы 1-й «априори» со списком переменных и минимальными и максимальными значениями, как и любая таблица данных

  

Предложение для всех новичков:

Начните сначала с правильной спецификации дизайна для всех условий ввода и вывода.

Ну да ладно, щедрость! Я наконец-то пошел с этой безобразной схемой, которая все еще колеблется при напряжении батареи, но стабильно при напряжении выше батареи! Напряжение батареи может составлять максимум 4,5 В со свинцовой кислотой, что является нижним пределом спецификации USB.

Проблема не в сетевом напряжении, которое может быть нестабильным. Это может быть нестабильно на мгновение и не является проблемой. Если он действительно нестабилен или не соответствует спецификации, замените бородавку. Может быть много вещей не так с настенной бородавкой, которая не может поддерживать напряжение. Не хотел бы доверять это для питания микроконтроллеров.

Настоящая проблема заключается в напряжении батареи, которое необходимо отключить, когда оно падает слишком низко, чтобы избежать необратимого повреждения батареи. Отрегулируйте резисторы по вкусу. Схема дешевле, чем раньше, и более надежна. Шоттки мой друг, я уже не против его! Он избавил меня от головной боли. В любом случае цепь, работающая от батареи, должна работать при напряжении ниже 4,7 В.

PS: мне не нравятся одночиповые решения, они очень стараются попасть на мою сторону планеты. Кроме того, я не могу курить их волей и неволей ...

ОБНОВЛЕНИЕ :

Вот гораздо более элегантная (не отвратительная) схема. Как указали Дориан и другие, для работы TL431 требуется минимальный ток. Итак, для работы требуется надежный источник напряжения. Это означает, что он должен работать от батареи. TL431 действительно должен выступать в качестве компаратора, в противном случае мошкары будут работать в линейном режиме и начнут нагреваться. Напряжение затвора становится очень близким к напряжению источника U2 из-за входящего напряжения сети. Это является действительной причиной колебаний выше, а не нарушением таблицы технических характеристик tl431. Колебания произойдут, даже если tl431 удаляется полностью. Мосфеты, являющиеся логическим уровнем, тоже не помогают. Для приведенной ниже схемы, Mosfet были заменены на N-канальные Mosfets. Однако при полном включении это вызывает падение напряжения на источнике. Напряжение для нагрузки варьируется от 2. 8 В до 4,7 В и схема работает отлично без колебаний. Может быть возможно переключить положение R6 и tl431, но тогда анод tl431 будет подниматься только до 2,5 В, и полозья (теперь снова замененные полозками P-канала) всегда останутся включенными.

Но тогда, так как tl431 все равно используется в качестве компаратора, а также для его работы требуется ток питания, почему бы не заменить его вообще на устройство сравнения типа с более низким током ... К сожалению, lm358 не достигает шины + ve, и mosfets - логический уровень. Поэтому при высоком напряжении сети в батарею поступает обратный ток (0–60 мА, когда батарея падает с 3,85 до 3,6 В). Это зарядит батарею, когда заряд станет низким. Надеюсь, это будет хорошо. Схема отлично работает при всех напряжениях сети от 2 до 5 В без колебаний. Схема зависит от падения напряжения на диоде. Замена на 1N4148 не гарантирует его работу без колебаний, если напряжение батареи высокое. Схема не смоделирована правильно с LM393, который является фактическим компаратором. Надлежащее тестирование предлагается перед использованием.

Колебания вызваны какими-то условиями гонки на исходных и выходных напряжениях второго мосфета. Я до сих пор точно не знаю, что происходит. Но модифицированные схемы работают и решают мои проблемы. Это не идеальный ответ. Но это лучший ответ. Я принимаю мой собственный ответ.

больше обновлений!

Снова подправили, присмотритесь, москиты перевернуты по оси Y, поэтому источник находится внутри. Теперь цепь полностью стабильна при всех напряжениях сети и аккумулятора. В зависимости от разницы напряжения сети и аккумулятора в батарею может течь некоторый ток струи (возможно, 60 мА). Схема работает либо с Шоттки, либо с 1n4148 (хотя, очевидно, с 1n4148 он будет больше питаться от батареи, если напряжение батареи высокое). Работает как с реальным компаратором LM393, так и с LM358, без изменений. Операционный усилитель / компаратор принимает напряжение сети или выходное напряжение на неинвертирующем выводе для сравнения с аккумулятором. Я думаю, что это близко к идеалу. Спасибо за щедрость!

PS: вероятно, следует заменить 1N4148 на 1N4007, но лучше всего 1N5819.