Circuito de 5V ups oscilando?

Estou tentando projetar um no-break de 5V. A energia para carregar deve mudar se a tensão da linha cair abaixo de cerca de 4V. A voltagem da bateria pode variar de 3,8 a 5V. Estou simulando no LTSpiceIV.

Vou usar mosfets para fornecer energia da bateria, para evitar queda de tensão schottky. No entanto, o circuito começa a oscilar quando a tensão da linha está próxima de 4,4V. Isso será um problema durante o uso real? Além disso, como posso substituir o outro schottky por mosfets? Eu acho que o alto ganho do amplificador operacional no tl431 pode estar causando a oscilação, mas não tenho certeza. O circuito simula bem com um schottky em vez do primeiro mosfet após a bateria.

Eu não tenho muita experiência com isso. Todas as sugestões serão apreciadas.

Eu adicionei mais 2 mosfets e consegui isso. Ainda oscila quando a tensão da linha é ciclada, mas parece simular bem quando uso tensões fixas de DV para V1. Gostaria de saber se isso é uma peculiaridade do LTSpice, ou se os timesteps são muito pequenos, ou se é um problema genuíno .. alguma condição de corrida que ocorrerá na realidade. A alimentação muda para a bateria quando a tensão da linha cai abaixo de 4,21V.

O TL431 está cumprindo as especificações, a folha de dados indica uma corrente de cátodo mínima de 0,7mA a 1mA necessária para que a referência funcione corretamente; consulte as tabelas listadas na página 5 a 13 "Parâmetro mínimo de corrente de cátodo para regulação".

À primeira vista, R1 está muito alto, mesmo antes de a tensão ser cortada por U3. Além disso, a tensão do cátodo deve estar pelo menos próxima da tensão de referência, consulte o exemplo do comparador na página 21 e a tabela na página 22 e também o seu senso comum sobre como uma referência deve funcionar.

Talvez diminuir o valor de R1 e alimentá-lo da fonte de tensão mais alta através de dois diodos possa fazer o trabalho.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Se o seu circuito funcionar bem com bateria e você estiver preocupado com o maior consumo de corrente, poderá comprometer-se e modificar levemente o esquema para fornecer o TL431 em parâmetros apenas quando V1 for maior o suficiente.

^{simule este circuito}

Atualizar

Não consegui fazer seu circuito funcionar como está ou com pequenas mudanças.

O detector de queda de tensão não funciona como planejado, pois o transistor M1 está sempre aberto quando U1 entra na faixa de trabalho com tensão de cátodo superior a 2V.

O problema é que um loop de feedback de ganho linear amplificará o ruído e oscilará da margem de fase insuficiente no loop fechado sem um integrador como o ganho unitário estável em ampères. Falando em op. Amps., O TL431 é um Zener programável com baixo ganho que pode se comportar como um Op Amp de circuito fechado de baixo ganho com baixo ganho (R6 + R2) / R2 * 2V = 4,94V.

Violação da folha de dados

(Parabéns a Dorian por essa detecção de falha). Esta resposta é mais direcionada para como projetar qualquer solução com exemplo de opção e instrução OR FET nas especificações 1, escolha 2 (fabricar ou comprar) e depois 3 se você acha que pode fazer melhor ou apenas deseja aprender com os erros na etapa 1.

Corrente mínima do cátodo para 1 min. Veja a Figura 20 Vka = Vref 0.4mA min. 0.7 mA tipo de regulação
O valor e a localização de R1 estão incorretos. É impossível para o U1 atingir 5V de Vbat = 4V no R1, portanto, apenas corrente de fuga. errado.

Sempre compare em algum limiar menor que a tensão que você está tentando regular, NÃO MAIS.

Você quer sentir 5V caindo abaixo de 4V e depois alternar as saídas.

Infelizmente, o 4V não é uma boa fonte para USB, portanto é necessário repensar seus requisitos e alterar os parâmetros de design.

• Talvez você queira habilitar o bastão de 4V para aumentar para 5V quando o USB cair.
• Talvez você queira que o "UPS" de 5V opere de Vbvat a Vmin, para que seja necessário um regulador de impulso

• Talvez você também queira regular a cobrança do Vbat

  • Eles são sempre definidos na especificação geral do projeto do sistema primeiro "a priori" com uma lista de variáveis ​​e valores min-max, como qualquer folha de dados

  

Sugestão para todos os Iniciantes:

Comece de novo com especificações de design adequadas para todas as condições de entrada e saída.

Oh bem, uma recompensa! Finalmente fui com este circuito de aparência não hediondo que ainda oscila na tensão da bateria, mas estável na tensão acima da bateria! É provável que a tensão da bateria seja de 4,5 V no máximo com ácido de chumbo, que é o limite inferior da especificação USB.

O problema não é a tensão da rede, que pode não ser estável. Pode ser instável por apenas um instante e não é um problema. Se estiver realmente instável ou fora das especificações, substitua a verruga da parede. Pode haver muitas coisas erradas com uma verruga na parede que não consegue manter a tensão. Não gostaria de confiar nele para alimentar microcontroladores.

O verdadeiro problema é a tensão da bateria, que precisa ser cortada, uma vez que cai muito para evitar danos permanentes à bateria. Ajuste os resistores a gosto. O circuito é mais barato do que antes e mais confiável. Schottky é meu amigo, não me importo mais com ele! Ele me salvou muita dor de cabeça. De qualquer forma, o circuito que funciona com bateria precisa poder operar a uma temperatura muito inferior a 4,7V.

PS: Eu não gosto de soluções de chip único, elas jogam duro para ficar do meu lado do planeta. Além disso, eu não posso fumar eles quer ou não ...

ATUALIZAÇÃO :

Aqui está um esquema muito mais elegante (não hediondo). Como Dorian e outros salientaram, o TL431 requer uma corrente mínima para operar. Portanto, requer uma fonte de tensão confiável para operar. O que significa que ele tem que operar com a bateria. O TL431 realmente tem que atuar como um comparador, caso contrário, os mosfets estarão no modo linear e começarão a esquentar. A tensão do portão fica muito próxima da tensão da fonte U2 devido à entrada da tensão da rede. Essa é a causa real das oscilações acima, não a violação da folha de dados do tl431. As oscilações ocorrerão mesmo se o tl431 for removido completamente. Os mosfets no nível lógico também não ajudam. Para o circuito abaixo, os mosfets foram substituídos por mosfets de canal N. No entanto, isso causa uma queda de tensão na fonte quando totalmente ligado. A tensão para carregar varia de 2. 8V a 4.7V e o circuito funciona perfeitamente sem oscilações. Pode ser possível alternar a posição de R6 e tl431, mas o ânodo tl431 subirá apenas para 2,5V, e os mosfets (agora substituídos novamente pelos mosfets do canal P) sempre permanecerão ativados.

Mas, como o tl431 está sendo usado como um comparador de qualquer maneira e também requer uma corrente de suprimento para funcionar, por que não substituí-lo por um comparador de corrente mais baixa como um dispositivo ... Infelizmente, o lm358 não alcança o trilho + ve, e os mosfets são de nível lógico. Portanto, quando a tensão da rede elétrica é alta, uma corrente reversa flui para a bateria (0-60mA quando a bateria cai de 3,85 para 3,6V). Isso irá carregar a bateria lentamente quando a carga estiver baixa. Espero que isso seja uma coisa boa. O circuito funciona perfeitamente em todas as tensões de rede de 2V a 5V, sem oscilação. O circuito depende da queda de tensão no diodo. Substituí-lo por 1N4148 não garante que ele funcione sem oscilações se a tensão da bateria estiver alta. O circuito não foi simulado corretamente com o LM393, que é um comparador real. O teste adequado é sugerido antes do uso.

As oscilações são causadas por algum tipo de condição de corrida nas tensões da fonte e da porta do segundo mosfet. Ainda não sei exatamente o que está acontecendo. Mas os circuitos modificados funcionam e resolvem meus problemas. Esta não é a resposta perfeita. Mas é a melhor resposta. Estou aceitando minha própria resposta.

mais atualização!

Ajustado novamente, olhe atentamente, os mosfets são invertidos no eixo Y para que a fonte esteja dentro. O circuito agora está totalmente estável em todas as redes e tensões da bateria. Dependendo da diferença de voltagem da rede elétrica para a bateria, algumas correntes de fluxo podem fluir para a bateria (talvez 60mA) em alguns casos. O circuito funciona com um schottky ou um 1n4148 (embora, obviamente, com o 1n4148, ele consuma mais da bateria se a tensão da bateria estiver alta). Funciona com o comparador real LM393 e LM358, sem alterações. O Opamp / comparador aceita tensão de rede ou de saída no pino não inversor para comparação com a bateria. Eu acho que está quase perfeito. Obrigado pela recompensa!

PS: provavelmente deve substituir 1N4148 por 1N4007, mas 1N5819 é o melhor.