¿Circuito ups de 5V oscilante?

TL431 está funcionando según las especificaciones, la hoja de datos establece una corriente de cátodo mínima de 0,7 mA a 1 mA requerida para que la referencia funcione correctamente, consulte las tablas enumeradas de la página 5 a la 13 parámetro "corriente de cátodo mínima para la regulación".

A primera vista, R1 es demasiado alto incluso antes de que U3 corte el voltaje. Además, el voltaje del cátodo debe estar al menos cerca del voltaje de referencia, vea el ejemplo del comparador en la página 21 y la tabla en la página 22 y también su sentido común sobre cómo debería funcionar una referencia.

Quizás reducir el valor de R1 y alimentarlo desde la fuente de voltaje más alto a través de dos diodos podría hacer el trabajo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si su circuito funciona bien con la batería y le preocupa el mayor consumo de corriente, entonces podría hacer un compromiso y modificar ligeramente el esquema para suministrar TL431 en parámetros solo cuando V1 es lo suficientemente alto.

^{simular este circuito}

Actualizar

No pude hacer que su circuito funcione como está o con ligeros cambios.

El detector de caída de voltaje no funciona según lo previsto, ya que el transistor M1 siempre está abierto cuando U1 entra en el rango de trabajo con un voltaje de cátodo superior a 2V.

El problema es que un bucle de retroalimentación de ganancia lineal amplificará el ruido y oscilará desde un margen de fase insuficiente en el bucle cerrado sin un integrador como amplificadores operacionales estables de ganancia unitaria. Hablando de Op. Amps., el TL431 es un Zener programable con baja ganancia que puede comportarse como un amplificador operacional de circuito cerrado de baja ganancia con una baja ganancia de (R6+R2)/R2 * 2V = 4,94V.

Violación de la hoja de datos

(Felicitaciones a Dorian por esta detección de fallas). Esta respuesta es más sobre cómo diseñar cualquier solución con un ejemplo de interruptor OR FET y declaración en Especificaciones 1st, opción 2nd (hacer o comprar) y luego 3rd make si cree que puede hacerlo mejor o simplemente quiere aprender por errores en el paso 1.

Corriente de cátodo mínima para I min Consulte la figura 20 Vka = Vref 0,4 mA min 0,7 mA regulación típica
El valor y la ubicación de R1 son incorrectos. Es imposible que U1 alcance 5 V desde Vbat = 4 V pullup en R1, por lo tanto, solo fuga de corriente. equivocado.

Siempre compare en algún umbral que sea menor que el voltaje que está tratando de regular, NO MÁS.

Desea sentir que 5V caen por debajo de 4V y luego cambiar las salidas.

Desafortunadamente, el 4V no es una buena fuente para USB, por lo que es necesario repensar sus requisitos y cambiar los parámetros de diseño.

• Tal vez desee permitir que la batería de 4 V aumente a 5 V cuando se cae el USB.
• Tal vez desee que un "UPS" de 5V opere desde Vbvat hasta Vmin, por lo que se necesita un regulador de impulso

• Quizás también quieras regular la carga a Vbat

  • Estos siempre se definen en la especificación general de diseño de su sistema primero "a priori" con una lista de variables y valores mínimos y máximos como cualquier hoja de datos

  

Sugerencia para todos los novatos:

Comience de nuevo con las especificaciones de diseño adecuadas para todas las condiciones de entrada y salida.

¡Oh, bueno, una recompensa! ¡Finalmente opté por este circuito de aspecto no horrible que todavía oscila con el voltaje de la batería, pero es estable por encima del voltaje de la batería! Es probable que el voltaje de la batería sea de un máximo de 4,5 V con ácido de plomo, que es el límite inferior de la especificación USB.

El problema no es el voltaje de la red que puede no ser estable. Puede ser inestable por solo un instante y no es un problema. Si es realmente inestable o no cumple con las especificaciones, reemplace la verruga de la pared. Puede haber muchas cosas mal con una verruga de la pared que no puede mantener el voltaje. No querría confiar en él para alimentar microcontroladores.

El problema real es el voltaje de la batería que debe cortarse una vez que cae demasiado para evitar dañar la batería de forma permanente. Ajuste las resistencias al gusto. El circuito es menos costoso que antes y más confiable. Schottky es mi amigo, ¡ya no me importa! Me ahorró muchos dolores de cabeza. De todos modos, el circuito que funciona con la batería debe poder operar a menos de 4.7V.

PD: No me gustan las soluciones de un solo chip, juegan duro para llegar a mi lado del planeta. Además, no puedo fumarlos de cualquier manera...

ACTUALIZAR :

Aquí hay un esquema de aspecto mucho más elegante (no horrible). Como han señalado Dorian y otros, el TL431 requiere una corriente mínima para funcionar. Entonces, requiere una fuente de voltaje confiable para operar. Lo que significa que tiene que funcionar con la batería. El TL431 realmente tiene que actuar como un comparador, de lo contrario, los mosfet estarán en modo lineal y comenzarán a calentarse. El voltaje de la puerta se vuelve muy cercano al voltaje de la fuente de U2 debido a la entrada del voltaje de la red. Esta es la causa real de las oscilaciones anteriores, no la violación de la hoja de datos del tl431. Las oscilaciones ocurrirán incluso si el tl431 se elimina por completo. El nivel lógico de los mosfets tampoco ayuda. Para el circuito a continuación, los mosfets han sido reemplazados por mosfets de canal N. Sin embargo, esto provoca una caída de voltaje en la fuente cuando está completamente encendido. El voltaje a la carga varía de 2. 8V a 4.7V y el circuito funciona perfectamente sin oscilaciones. Puede ser posible cambiar la posición de R6 y el tl431, pero luego el ánodo tl431 solo subirá a 2.5V, y los mosfets (ahora reemplazados nuevamente con mosfets de canal P) siempre permanecerán encendidos.

Pero entonces, dado que el tl431 se usa como comparador de todos modos, y también requiere una corriente de suministro para funcionar, ¿por qué no reemplazarlo por completo con un dispositivo similar a un comparador de corriente más baja? Desafortunadamente, lm358 no alcanza el riel +ve, y los mosfets son de nivel lógico. Entonces, cuando el voltaje de la red es alto, fluye una corriente inversa hacia la batería (0-60 mA cuando la batería cae de 3,85 a 3,6 V). Esto cargará lentamente la batería cuando la carga sea baja. Eso puede ser algo bueno. El circuito funciona perfectamente en todos los voltajes de red de 2V a 5V, sin oscilación. El circuito depende de la caída de voltaje en el diodo. Reemplazarlo con 1N4148 no garantizará que funcione sin oscilaciones si el voltaje de la batería es alto. El circuito no se simuló correctamente con el LM393, que es un comparador real. Se sugiere una prueba adecuada antes de su uso.

Las oscilaciones son causadas por algún tipo de condiciones de carrera en los voltajes de fuente y puerta del segundo mosfet. Todavía no sé exactamente qué está pasando. Pero los circuitos modificados funcionan y resuelven mis problemas. Esta no es la respuesta perfecta. Pero es la mejor respuesta. Estoy aceptando mi propia respuesta.

más actualización!

Modificado nuevamente, mire de cerca, los mosfets se voltean en el eje Y para que la fuente esté adentro. El circuito ahora es completamente estable en todos los voltajes de red y de batería. Dependiendo de la diferencia de voltaje entre la red eléctrica y la batería, en algunos casos puede fluir una corriente lenta a la batería (quizás 60 mA). El circuito funciona con un schottky o un 1n4148 (aunque obviamente con 1n4148 consumirá más de la batería si el voltaje de la batería es alto). Funciona con el comparador real LM393 y LM358, sin cambios. Opamp/comparator acepta tensión de red o de salida en el pin no inversor para comparar con la batería. Creo que es casi perfecto. ¡Gracias por la generosidad!

PD: probablemente debería reemplazar 1N4148 con 1N4007, pero 1N5819 es mejor.