Le circuit du pied de biche provoque un comportement inattendu pour le circuit d'ampli op

J'utilise un ampli op pour amplifier un signal d'entrée provenant d'un microcontrôleur, qui en général fonctionne très bien.

Pour la protection contre les surtensions, j'ai ajouté le circuit de pied-de-biche tiré directement de la figure 32, page 27 de la fiche technique TL431 et qui a ajouté un comportement indésirable au circuit que je ne comprends pas très bien.

Avec le TL431 se déclenchant à une tension de 2,5 V et le diviseur de tension $R_3$ / $R_4$ le pied-de-biche devrait se déclencher à une tension de sortie d'ampli op de 4,8 V et faire sauter le fusible. Mais ce que je vois, c'est que dès que la tension de sortie atteint 3 V, la sortie tombe à 0,75 V et reste à ce niveau jusqu'à ce que la tension d'entrée tombe suffisamment loin, que la sortie devrait être inférieure à 0,75 V en fonctionnement normal. Après cela, cela fonctionne à nouveau comme prévu, jusqu'à ce qu'une sortie de 3 V ou plus soit atteinte.

J'ai trouvé dans cette discussion de ce circuit à pied-de-biche que le placement et la taille du condensateur tels que décrits dans la fiche technique pourraient ne pas être idéaux. Cela pourrait-il causer mon problème? Sinon, quoi d'autre pourrait être responsable de ce comportement?

EDIT: Pour un contexte approprié pour le pied de biche ajouté, je régule la puissance d'un laser avec la sortie de l'ampli op. Je dois m'assurer que le laser n'est pas allumé en permanence par un court-circuit de la sortie vers le 5V qui est utilisé comme + Vcc pour l'ampli op et pour d'autres parties du circuit imprimé. Étant donné que je n'ai pas besoin d'une sortie supérieure à 4,2 V et que je ne devrais pas obtenir plus que cela pendant le fonctionnement normal, faire sauter un fusible avec le pied de biche a été le meilleur que j'ai pu trouver pour me protéger contre ce cas.

Feuilles de données:

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

Ampli op: 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

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Mise à jour: la suppression complète de C1 n'élimine pas le comportement décrit, mais augmente la tension à laquelle elle se produit à 3,3 V

— Oeil d'Horus
source

Veuillez fournir des liens vers les fiches techniques des fabricants pour l'ampli-op, le fusible et le triac. Il semble que votre ampli-op ne fournisse pas suffisamment de courant pour faire sauter le fusible.

— Elliot Alderson

J'ai ajouté les fiches techniques. Même si le courant est trop bas pour faire sauter le fusible, cela n'expliquerait pas pourquoi quelque chose semble se produire à 3 V au lieu de 4,8 V, n'est-ce pas?

— Eye of Horus

Mesurez la tension à la broche REF TL431 (par rapport à la masse) quand il y a un peu moins de 3 V à la sortie de l'ampli op (avant que le circuit ne semble se déclencher).

— Spehro Pefhany

J'essaierais de retirer le triac pour voir si le TL431 seul fonctionne correctement.

— Elliot Alderson

Pourquoi veux-tu faire cela? Une simple résistance en série ne suffirait-elle pas pour protéger à la fois l'opamp et le MCU, peut-être avec des diodes de serrage externes après (peut-être aussi un zener)? Aucun fusible à sauter et vous pouvez toujours détecter cette condition de surtension dans le firmware. Cela peut cependant présenter certains problèmes lorsqu'il est directement connecté à l'ADC; mais ceux-ci sont faciles à surmonter avec soit un condensateur supplémentaire par la broche ADC, soit un tampon.

— Richard the Spacecat

Réponses:

Dans le circuit comme vous le montrez, vous n'avez pas besoin de C1.
Comme indiqué dans la discussion précédente, le condensateur peut allumer le Triac lors de hausses soudaines de la sortie opamp.

Le TL431 n'est pas vraiment adapté à ce que vous essayez de faire car il nécessite un minimum Ik pour définir la référence (0,4 mA). La conduction étrange que vous voyez est probablement due à l'impact du générateur de référence interne.

Cependant, en supposant que vous vouliez faire sauter un fusible (et comme déjà souligné le fusible que vous avez sélectionné ne convient pas), je suggère que le changement suivant puisse résoudre vos problèmes:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

R3 garantit que la référence interne TL431 est toujours correctement entretenue et ne dépend pas du niveau du signal.
M2 court-circuite la sortie de l'ampli opérationnel ... mais ici les choses sont floues. L'ampli-op n'est capable que de 80mA, donc je suppose que vous essayez de faire sauter le fusible lorsque l'opamp est mort (et que le courant n'est pas contrôlé).
Cependant, si l'ampli op est ok et le signal juste trop élevé, alors ce circuit bloquerait la sortie en coulant le 80ma sans problème. Il est difficile de faire sauter un fusible.

Mise à jour: Quelle est la raison pour laquelle vous souhaitez limiter le swing de sortie à 4,8 V alors que le fonctionnement rail-rail le limite déjà à 5 V? Expliquez plus en détail vos besoins pour avoir un meilleur espoir de réponse viable.

En regardant le problème d'un point de vue opamp pur, est votre spécification comme suit:

La sortie de l'ampli-op ne doit JAMAIS dépasser 4,8 V avec une alimentation de 5 V
L'entrée doit être à haute impédance
L'ampamp n'est pas cassé (donc les limites de courant de sortie fonctionnent)
Serrer l'entrée plutôt que la sortie

Cela pourrait être une approche viable pour simplement bloquer le signal d'entrée:

schématique

^{simuler ce circuit}

Le TLV3011 fournit une tension de référence très précise et R4 / 5/6 fournit un ajustement pour le seuil de sortie.

— Jack Creasey
source

Vous avez raison, je n'ai pas expliqué correctement le cas d'utilisation. Je dois m'assurer que l'appareil régulé avec la sortie de l'ampli op n'est allumé que lorsqu'il y a le bon signal d'entrée. On m'a dit spécifiquement de considérer le cas d'un court-circuit entre le 5V + Vcc et la sortie de l'ampli op. Étant donné que j'ai besoin au plus d'une tension de sortie de 4,2 V et que je peux réguler le signal d'entrée en conséquence, ce pied-de-biche était le meilleur que j'ai pu trouver pour être en sécurité dans ce scénario. Je n'ai pas remarqué que le courant nominal du fusible est trop élevé pour la sortie de l'ampli op, mais peut-être qu'il remplit sa fonction dans le cas d'erreur.

— Eye of Horus

@EyeofHorus Ensuite, le premier schéma avec le dispositif FET fonctionnera à la fois en erreur et en court-circuit à fournir. Il vous suffit de sélectionner un fusible adapté. Vous pourriez la regarder: datasheets.avx.com/AccuGuardLC_0402.pdf… .un fusible de 37,5 mA semblerait approprié pour cette application. Faire sauter un fusible est une action très drastique, vous feriez mieux de créer une alimentation 5v actuelle limitée et de simplement court-circuiter la sortie de l'ampli-op. Faites-moi savoir si vous voulez explorer cela.

— Jack Creasey

J'ai simulé votre premier schéma avec LTSpice et cela fonctionne bien si je fais simplement passer le signal de 0V à 5V, mais si j'ajoute mon ampli opérationnel avec les résistances de rétroaction, la sortie ne dépasse jamais 4,7V, quelle que soit la hauteur de l'entrée . La référence TL431 est toujours un peu inférieure à 2,5 V, donc les mosfets ne se déclenchent pas. Je n'ai pas nécessairement à faire sauter un fusible, si je peux rendre la conception plus sûre et plus simple. J'ai une alimentation 5V que je ne peux pas vraiment changer actuellement. Si ce n'est pas un problème, je serais reconnaissant d'entendre votre autre suggestion.

— Eye of Horus

L'ampli-op ne fournit pas suffisamment de courant pour faire sauter le fusible. Le fusible est évalué à 200 mA (pour le fusible à courant nominal le plus bas de la famille), l'opamp ne peut fournir que 80 mA (s'il fonctionne à 5 V à 2,7 V, c'est seulement 30 mA), soit moins de la moitié du courant pour faire sauter le fusible.

Supposons que la terre soit attachée à l'autre extrémité du fusible, au lieu du circuit du pied-de-biche, seulement 80 mA passeraient à travers le fusible, et il ne soufflerait toujours pas, même si vous augmentiez la tension aussi élevée que la sortie de l'AD8605. permettre sa cote (6V).

Les circuits à pied de biche sont destinés aux circuits de tension qui ont des impédances de source faibles / des courants élevés comme une alimentation.

ÉDITER:

Il y a quelques options, une façon serait de limiter la sortie de l'opamp en changeant Vcc de l'opamp à 3.4V.

L'autre méthode consisterait à utiliser une diode zener sur l'entrée, mais cela sacrifierait une certaine linéarité et l'impédance de charge comme vu du Vin. La résistance pourrait être élevée à une valeur plus élevée, mais modifierait également la pente de la courbe limite et rendrait la plage supérieure de la courbe Vin / Vout où les pinces de diode sont imprécises / moins linéaires. Ce n'est pas une bonne option, je préfère bloquer la sortie ou limiter le Vcc (ce qui serait probablement le plus simple et n'ajouterait qu'un régulateur au circuit).

La dernière option serait d'utiliser une résistance série et des diodes sur la sortie, également avec une certaine perte due à la résistance série et au courant de fuite de la diode.

UNE AUTRE MODIFICATION:

Si la limitation de courant est ce que vous voulez, il existe de nombreux circuits qui peuvent accomplir cette tâche. (il existe également de nombreux CI adaptés à cette tâche). La plupart impliquent la détection du courant avec un amplificateur de détection de courant comme celui illustré ci-dessous (l'amplificateur IC1 commute l'optocoupleur qui à son tour commute un interrupteur pmos high side):

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

OU de nombreux circuits répertoriés ici

— Pic de tension
source

@JackCreasey J'ai dû lire votre commentaire plusieurs fois et regarder le schéma, car je pense que vous voulez dire que le schéma dans la réponse est correct, mais il est inversé. Lorsqu'il est changé en une configuration non inverseuse (dont l'OP a besoin), cela ne fonctionnera plus. Parce que l'entrée -ve dans le schéma donné est une masse virtuelle, mais dans le cas d'un amplificateur non inverseur, -ve suivrait Vin. Juste clarifier pour toute autre personne qui pourrait aussi être confuse ...

— MartinF

Non, cela ne fonctionnera pas, pas avec une seule face. Je vais modifier ma réponse et voir si je peux trouver une meilleure option. La meilleure chose serait probablement un circuit limiteur d'entrée

— Voltage Spike

@MartinF La réponse est UNIQUEMENT correcte pour un ampli-op à double alimentation (c'est une configuration classique pour l'écrêtage de la sortie). Pas ce que l'OP a et donc la réponse est fausse et ne fonctionnera pas en fonction de la question. Le TL431 est également le mauvais type d'appareil pour essayer d'atteindre l'objectif OP.

— Jack Creasey

Je pense: dans la configuration non inverseuse, si Vin = 1,62 V, Vout = 4,8 V. 4.8V-1.62V = 3.18V sur Rfeedback. Cela ne fonctionnerait-il pas avec un zener de 3.1V?

— MartinF

@JackCreasey Ah, merci! Je n'ai pas considéré l'alimentation en effet - l'Opamp utilisé a une seule tension d'alimentation de max. 5.5V. Bien pensé!

— MartinF

J'ai trouvé la raison d'origine du comportement inattendu du TL431.

Il s'est avéré que la bibliothèque Eagle que j'utilisais avait le package SOT23 pour le TL432 sous le TL431. Étant donné que les deux broches ont changé de cathode et de référence, mon circuit ne fonctionnait pas correctement avec le TL431.

Le circuit d'origine avait encore quelques instabilités, c'est pourquoi j'ai accepté la réponse de Jack Creasy, car son circuit alternatif fonctionne très bien.

— Oeil d'Horus
source