Noções básicas sobre a fonte de alimentação básica do circuito do CS5463

Estou tentando colocar o chip CS5463 funcional usando o exemplo de circuito na página 41 da folha de dados (anexo abaixo):

No momento, estou trabalhando na parte superior do circuito, que é a fonte de energia do IC. Fiz algumas simulações no Multisim e, aparentemente, essa parte é completamente funcional. Mas antes de prosseguir para outra parte do circuito, quero entender para que serve cada componente. Eu fiz minha pesquisa para não chegar de mãos vazias.

• O 470 nFcapacitor: é um capacitor de desacoplamento que filtra um possível sinal DC da linha de energia? Não consegui extrair essas informações das minhas simulações. Tive a impressão de que faz outra coisa ...

• O 500 ohmsresistor em série com o capacitor mencionado antes… É um limitador de corrente simples? Meu palpite é que sim, e sua função é limitar a corrente do ciclo negativo da linha de energia.

• A partir das simulações, aprendi que esse capacitor e resistor em série são expostos a grandes tensões. O capacitor, por exemplo, está exposto a tensões de até 295 Volts(a rede elétrica em que estou 220 Volts RMS) é . Existem capacitores da ordem das nanofarads que aguentam tanto?

• Sobre os diodos: o primeiro está lá para fechar o circuito no ciclo negativo. O objetivo da segunda é impedir que a rede elétrica drene a energia armazenada no 470nFcapacitor quando a rede elétrica estiver no ciclo negativo.

• O 470nFcapacitor: é o componente que cobra energia do ciclo positivo da rede elétrica para descarregá-la no ciclo negativo.

• O diodo Zener: funciona como um regulador de tensão, mantendo a tensão ligada, aproximadamente 5 Volts,.

• O 500 ohmsresistor antes do diodo Zener: cria uma diferença de tensão entre o 470uFcapacitor e o diodo Zener quando a tensão carregada no capacitor é maior que a tensão que o diodo zener está mantendo (aproximadamente 5 Volts).

Minhas hipóteses estão corretas?

• Os 0.1 uFcapacitores: seriam by-pass capacitors? Eles funcionariam como um "terreno virtual" para o sinal AC?

• Por que existe um 10 ohmsresistor entre os pinos de fonte VA + e VD +? Por que os pinos de aterramento AGND e DGND estão em curto-circuito?

• Eu escolhi o 1N4733Apara ser o diodo Zener. É um componente facilmente encontrado (lojas locais)? Haveria outras sugestões?

Os componentes mencionados são combinados para formar uma fonte simples sem transformador para o IC. Estes são bastante comuns em tais circuitos.

O capacitor 470nF e 500Ω apresentam uma impedância definida à tensão da rede e limitam a corrente. A razão pela qual um único resistor não é usado é porque ele teria que dissipar um pouco de energia para fazer isso, enquanto um capacitor não dissipa nenhuma energia (ou muito pouco para uma tampa não ideal)

Podemos demonstrar isso observando os números:

Assumindo uma frequência de rede de 50Hz, podemos calcular a impedância do capacitor:

$\dfrac{1} {2 \pi \times 470nF \times 50Hz} = 6772.5 \Omega$

Para calcular a impedância total, fazemos:

$\sqrt{6772.5^2 + 500^2} = 6791\Omega$

Portanto, a corrente de pico através do capacitor de 470nF e resistor de 500Ω será:

$\dfrac{311}{6791\Omega} = 45.8mA$

A corrente RMS será $45.8mA \times 0.707 = 32.4mA$

O resistor, portanto, se dissipa:

$({32.4mA})^2 \times 500\Omega = 520mW$ - não muito, um resistor de 1W ou 2W vai lidar com isso.

Digamos que acabamos de usar um resistor de 6791Ω para limitar a corrente a 32,4 mA, o resistor teria que se dissipar:

$({32.4mA})^2 \times 6791\Omega = 7.1W$, bastante energia desperdiçada e um resistor caro necessário.

Então, usamos a tampa para fazer a principal limitação e o resistor em série para limitar a corrente transitória (se o tempo de subida do transiente for rápido, a tampa parecerá uma impedância mais baixa, mas o resistor ainda parecerá 500Ω)

Regulamento

O restante dos componentes deve retificar e regular a tensão, a fim de apresentar uma fonte contínua de CC de baixa tensão para o IC.

Os 2 diodos lidam com a retificação, passando apenas a metade positiva da forma de onda. Isso é suavizado pelo capacitor de 470uF e depois regulado pelo segundo resistor de 500Ω e (provavelmente 5,2V) diodo zener.

Portanto, todo o processo se parece com isso (ignore os números de peça do diodo, o LTSpice não possui 1N4002 ou similar. Também usei um zener de 6,2V, pois não há zener de 5V. O princípio é exatamente o mesmo):

Simulação ao ligar (aviso V (IC) sobe para ~ 6,2V e permanece lá):

Tampões de derivação e resistor de 10Ω

Os capacitores de 0,1uF são, de fato, capacitores de derivação, eles apresentam um armazenamento local de energia para demanda de corrente de alta frequência.
Combinado com as tampas, o resistor de 10Ω deve desacoplar as fontes analógicas e digitais até certo ponto. Os pinos de aterramento analógico e digital também são uma maneira de manter as correntes separadas. Isso é comum em CIs com função analógica para digital ou digital para analógica.

Capacitor PFMON e 470nF

O capacitor precisa ser classificado para lidar com a tensão da rede. Existem capacitores chamados " capacitores X " especialmente certificados para uso com a rede elétrica. Aqui está um exemplo de peça de 0,47 uF 440 VCA (escolher pelo menos 1,5 vezes a rede nominal é uma boa idéia)

O pino PFMON detecta um evento de falha de energia quando a tensão no pino cai abaixo de 2,45V. Isso pode ser usado para sinalizar seu microcontrolador e executar qualquer ação apropriada. Com o divisor (entrada de 0,66 vezes) mostrado, podemos calcular a tensão de entrada onde isso acontecerá:

$\dfrac {2.45V} {0.66} = 3.675V$

A tensão operacional mínima é fornecida na folha de dados como 3.135V, portanto, isso fornece ~ 0,5V de altura livre.