¿Es posible restringir el suministro de voltaje de un circuito a un rango de voltaje específico?

Tengo un circuito que requiere exactamente 12v para funcionar correctamente, con una tolerancia máxima de ±0,5V. El circuito es arbitrario y uno puede pensar en ello como una cuestión teórica, pero digamos que normalmente toma entre 0.1A y 1A (como algunos proyectos Arduino + Servo Motor, por ejemplo).

En este sentido, ¿es posible hacer un circuito que solo se active cuando el voltaje esté muy cerca de los 12v?

Para ser más específicos, este circuito tiene algunas condiciones:

  • No debería producir una corriente significativa por debajo de 11v (o, si es posible, ninguna corriente en absoluto). El circuito debe activarse solo cerca de 12v;
  • No debe quemar todo el dispositivo cuando la tensión es superior a 13v. Por encima de este voltaje, el dispositivo debe simplemente apagarse o de alguna manera evitar que se habilite hasta que vuelva a 12v nuevamente. Para ser razonable, no se supone que evite voltajes tan altos como 127v, pero al menos alrededor de 20v más o menos;
  • Solo se debe proporcionar una fuente de alimentación, por lo que los esquemas de límite/control/paso de voltaje deben depender solo de esa fuente. Sin trampas con adaptadores de pared externos o baterías de 9v adjuntas :)

En resumen, sería un circuito simple que evita tanto el bajo voltaje como el sobrevoltaje de la fuente de alimentación al inhibir el paso de corriente a través del circuito restante, manteniéndolo activo solo cuando está cerca de 12v.

El cuadro a continuación muestra un ejemplo de cómo el circuito estaría activo (por ejemplo, emitiendo algunos LED, impulsando algunos motores, etc.) en ese rango de voltaje específico.

Gráfico de actividad de circuitos. La "Actividad" es la capacidad de activar algún circuito, generalmente corriente.

(Perdón si pongo términos extraños, soy de ciencias biológicas y simplemente tuve una curiosidad incesante por la electrónica)

Los ejemplos con circuitos integrados siempre son bienvenidos. Pero si es posible, nada demasiado elegante, por favor. Desafortunadamente, no hay Texas Instruments en mi país y el acceso a partes electrónicas poco comunes es algo limitado. Dicho esto, cualquier referencia sería aceptable siempre que ayude a hacer posible este circuito.

La mayoría de las veces usaría un regulador de voltaje, que es un dispositivo que toma un rango de voltajes y devuelve exactamente 12v (o algún otro voltaje establecido). Luego (para un rango de voltajes) su circuito siempre obtiene los 12v deseados. A menudo, estos también incorporan detección de bajo voltaje, que corta la energía si el voltaje es demasiado bajo.
Como pensamiento general a su pregunta general (científica): incluso si hubiera circuitos integrados fácilmente disponibles que produjeran 12 V dada cualquier fuente de voltaje de entrada, solo tendría una especificación de "precisión inicial" y esa especificación puede o no proporcionarle garantías más allá de las expectativas iniciales de precisión. Va a la deriva con el tiempo y la temperatura y las variaciones de carga y las variaciones de la fuente de entrada y probablemente la fase de la luna. La precisión es algo muy difícil de obtener y aún más difícil de retener. La precisión es más fácil. Así que la respuesta está entre sí y no y depende del nivel de tolerancia que le otorgues.
Su parámetro de actividad es extraño para los fanáticos de la electrónica. Tiene sentido ya que el voltaje de suministro aumenta desde un voltaje bajo hasta +12 V, y se puede lograr fácilmente. Pero a partir de +12V me causa cierta confusión. Sugiere un requisito de resistencia negativa, donde un voltaje de entrada creciente hace que fluya menos corriente. ¡Creo que la resistencia negativa no es lo que quieres ! Es posible un corte por sobretensión una vez que se supera un punto de disparo (por ejemplo, +12,6 V), lo que requiere la intervención de un usuario para restablecerlo.
" ... exactamente 12 V... ±0,5 V " es un poco una contradicción. Eliminar "exactamente".
@ user1850479 Los reguladores de voltaje no apagan el circuito por debajo de un umbral de voltaje superior, solo por debajo de los umbrales de voltaje mínimo. Bueno, al menos no los que yo conozco. ¿Hay algún IC con tal "umbral superior"?
@glen_geek De hecho, el voltaje negativo no es el caso aquí.
@Transistor puse ±0.5 V para referirme a la tolerancia, no a la actividad máxima. De todos modos, creo que ya entendiste el punto, no es como si estuvieras programado en C ++ para atribuir un error de compilación a tal declaración: D

Respuestas (3)

La solución de @ user4574 es maravillosamente simple, pero me inspiró su sugerencia de un comparador de ventanas usando comparadores reales. Aquí está mi puñalada:

Corte de corriente del comparador de ventana

Utiliza la misma técnica de usar un MOSFET de canal P (Q2) para encender o apagar la salida, pero los comparadores LM393 son responsables de detectar un voltaje de entrada fuera de los umbrales aceptables.

Dado que cada comparador tiene una salida de colector abierto, necesitan una resistencia pull-up, pero sus salidas se pueden conectar entre sí, de modo que si cualquiera de los comparadores baja su salida, la salida combinada también es baja, en un tipo "cable Y". acuerdo. Solo cuando ambos son altos, la salida combinada puede aumentar, bajo el control de R10 y R21.

Quiero que el sistema deshabilite la salida si cualquiera de los comparadores detecta una condición "fuera de los límites", y para poder aprovechar la acción "wire-AND" del colector abierto del comparador, necesito configurarlos de tal manera que sus salidas sean bajo cuando detectan tal condición.

En otras palabras, solo cuando ambos tienen salidas "altas" se debe encender Q2. Desafortunadamente, eso es exactamente lo contrario de la señal requerida para la puerta de Q2, por lo que incluyo un solo transistor NPN (Q1) para invertir la salida de los comparadores, y manejo la puerta de Q2 con eso.

En el lado izquierdo, obtengo 9,1 V constantes desde la unión de R1 y D1 (al menos cuando el voltaje de entrada supera los 9,1 V), y esa es mi referencia para los dos comparadores.

R2 y R3 me proporcionan un voltaje que es el 78 % de la entrada, y R4 y R5 proporcionan el 73 %. Se eligen de modo que cuando la entrada es de 12,5 V, el voltaje que compara CMP1 es de alrededor de 9 V (cerca de la referencia de D1), y cuando la entrada es de 11,5 V, la entrada de CMP2 es similar de aproximadamente 9 V.

Entonces, CMP1 baja la salida para indicar una condición de sobrevoltaje (Vin > 12,5 V), y CMP2 baja la salida cuando hay una condición de bajo voltaje (Vin < 11,5 V). En realidad, estos no son valores exactos, porque estoy limitado por los valores E12 para las resistencias, pero están dentro de 0,1 V más o menos.

Por último, he incluido una pequeña cantidad de comentarios positivos para cada comparador (a través de R6, R7, R8 y R9) para implementar algo de histéresis. Esto ayudará a evitar que el circuito oscile si alguna vez Vin "flota" alrededor de cualquiera de los umbrales. Esto también evita que el circuito se confunda si la carga repentina que aparece cuando Q2 se enciende hace que Vin caiga ligeramente.

Voy a agregar un descargo de responsabilidad aquí, que simulé esto y se comporta como lo describí, pero no lo probé en la vida real, con cargas reales y fuentes de voltaje reales.

Otro descargo de responsabilidad: esto es complicado y excesivo, y estoy seguro de que se puede simplificar. Es divertido diseñar y jugar con él.
¡Tus respuestas (la tuya y la de @user4574) fueron increíbles! La solución de @user4574 parece más simple y requiere menos circuitos, mientras que la tuya parece más robusta y ha dado más esfuerzo. Todavía estoy decidiendo cuál es la mejor solución, así que probaré tus circuitos antes para darte algunos comentarios.

Lo que estás describiendo se llama comparador de ventanas. Se puede hacer un comparador de ventana de precisión con una referencia de voltaje y un par de circuitos integrados de comparación. Pero también es posible hacer uno con cuatro resistencias y dos transistores bipolares.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El circuito funciona de la siguiente manera.

Si el voltaje de entrada supera VBE_ON * (1 + R1/R2), entonces Q1 se enciende y M1 alimenta la carga. Si dejamos VBE_ON = 0,6 V, R1 = 110 K y R2 = 6 K ohmios, entonces el umbral de encendido es de aproximadamente 11,6 V. Por debajo de 11,6 V, Q1 estará apagado y la carga no tendrá corriente.

Si el voltaje de entrada supera VBE_ON * (1 + R3/R4), entonces Q2 se enciende, lo que apagará Q1 y la carga se apagará. Si dejamos VBE_ON = 0,6 V, R3 = 120 K, R4 = 6 K ohmios, entonces el umbral de apagado es de aproximadamente 12,6 V.

En resumen, la carga está encendida si el voltaje de entrada está entre 11,6 V y 12,6 V. De lo contrario, está apagado.

Los umbrales VBE_ON de los transistores no son necesariamente exactamente de 0,6 V y pueden cambiar un poco con la temperatura. Por lo tanto, es posible que deba jugar con los valores de resistencia hasta que obtenga los umbrales exactos que desea.

¿Ha mirado los circuitos integrados de supervisión de voltaje? Puede usar un MOSFET de canal P para encender la alimentación solo cuando esté en banda y la corriente sea correcta. El MC34161 viene a la mente como el controlador. Hay muchos otros que pueden hacer el trabajo. El regulador primario, etc., deberá dimensionarse para soportar su carga que no indicó. Hay unidades comerciales que podrían hacer lo que quieras.

¿Tienes algún circuito como ejemplo? De todos modos, el MC34161 parece admitir un buen rango de tensión de alimentación (2 V a 40 V), por lo que sería un buen candidato si estuviera ampliamente disponible fuera de EE. UU. Desafortunadamente, este IC es algo caro aquí (alrededor de $11 convertidos de la moneda de mi país).
Los encontré en varios lugares por menos de $2.00 USD y menos de $1.00 por docena. Busque en línea, deben estar fácilmente disponibles.
Sí, $1.00 USD por el IC + $10.00 de gastos de envío e impuestos de importación. Comprar en el extranjero es infamemente caro aquí en mi país, así que me siento un poco celoso de ti. :PAG
¿Es posible restringir el suministro de voltaje de un circuito a un rango de voltaje específico?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v