Necesita ayuda para conducir la puerta N FET desde la salida del comparador LM393

Estoy trabajando en una idea de circuito de controlador de carga que tenía. El circuito 'funciona', lo que significa que logró el voltaje de salida deseado, pero el fet no parece estar encendiéndose por completo, por lo que se genera mucho calor.

Estoy usando un LM393comparador dual para medir el voltaje en la unión del zener y la resistencia en serie R1, compararlo con el voltaje en el pin - del capacitor y encender y apagar el modo de mejora FET según corresponda. Construí el circuito en una placa de prueba y me emocioné cuando medí la salida y pude conectar un panel solar y una batería. El fet necesita alrededor de 5v en la puerta. Por alguna razón, solo mido 2 o 3 v en la puerta. ¿Puede conducir este FET directamente desde el pin de salida del LM393 directamente o tendré que amplificar la salida de alguna manera para asegurarme de que el fet se apague y encienda por completo? Además, estoy alimentando el LM393 directamente desde la entrada. Me pregunto si eso podría ser un problema. ¿Estoy haciendo todo esto mal? Cualquier ayuda sería muy apreciada. 'Funciona' pero desperdicia energía al presentar resistencia el fet. Por favor echa un vistazo.

ingrese la descripción de la imagen aquí


La entrada es de 16,5 V. El zener del panel fotovoltaico es de 12 V.
La salida es de 12 V. La batería de plomo ácido
R1 es de 1 k, R2 ha sido de 3 k y 10 k.
El FET es un canal N de modo de mejora típico, RL2203N o RFP50N06.

No me funciona el link de la foto. Querrá una histéresis en su comparador, de lo contrario, puede encenderse y apagarse todo el tiempo si el voltaje de entrada está cerca del voltaje del zener.
Gracias Steven, el enlace debería funcionar ahora. ¿Hay algún daño en esperar hasta que encienda el fet completamente primero? Además, ¿cuál es la mejor manera de agregar histéresis? Soy un poco nuevo con los comparadores.
Adición de histéresis adicional a los comparadores . Agrega parte de la salida del comparador a su entrada no inversora, de modo que el voltaje en la entrada sea un poco más alto o más bajo, según la salida del comparador.
Se ve básicamente bien. PERO decir "mejora típica ..." destruye totalmente el valor de su circuito, ya que es una "caja negra" desconocida que podría ser ideal o inútil. Número de pieza por favor. Creo que los diagramas dibujados a mano están bien (lo haría :-)) si están limpios, ordenados y legibles, PERO usan una regla o un cuadrado. LM393
Probé un RL2203N y un RFP50N06, tengo un montón de ellos.
Un posible problema que mencioné en mi respuesta pero que es posible que no haya aclarado lo suficiente es que el comparador funciona en relación con V + y sus entradas solo se pueden usar hasta aproximadamente V + -2V. En algunos casos, cuando no hay carga, la entrada no inversora puede pasar al rango de voltaje "ilegal" y esto puede (o no) causar problemas. Esto no debería causar problemas cuando hay una carga de batería presente.

Respuestas (3)

Esto no responde a su pregunta sobre el bajo voltaje de la compuerta, pero quiero explicar la histéresis que sugerí en el comentario que podría agregar.

Supongamos que la escalera de diodos crea una diferencia de voltaje de 10 V, luego la entrada del comparador inversor es de 6,5 V. También comencemos con la situación en la que el condensador está completamente cargado a 16,5 V, luego la entrada no inversora está a 0 V. Por lo tanto, la salida es baja, el FET no conduce y se permite que C1 se descargue a través de su carga. Cuando el voltaje a través de C1 se convierte en 9,99 V, la entrada del comparador no inversor se convierte en 6,51 V y el FET comienza a conducir, de modo que C1 se carga. Esto significa V O tu T comenzará a disminuir, cayendo nuevamente por debajo de 6.5V y el FET se apagará nuevamente. La carga se detendrá y C1 se descargará nuevamente hasta que alcance nuevamente los 6,51 V. Suceden las mismas cosas: FET se enciende, V O tu T disminuirá y FET se apagará nuevamente. Etcétera.

Esa es la teoría. Hice mi comentario antes de haber visto su esquema, basado en la descripción. Ahora, dado que carga C1 con una resistencia muy baja, su voltaje puede bajar bastante antes de que el FET se apague nuevamente, pero las cosas también pueden ocurrir como se describe anteriormente.

¿Qué puedes hacer al respecto? Aquí es donde entra la histéresis. Como dije, agrega parte del voltaje de salida del comparador a la entrada no inversora. Coloque una resistencia entre V O tu T y la entrada no inversora, y uno entre la salida y la entrada. Ahora, si el FET está apagado, la salida es baja y las resistencias formarán un divisor, de modo que la entrada no inversora vea solo una parte de V O tu T . Ese es tu nivel de comparación. Tendrá que ajustar el voltaje de referencia en la otra entrada. Digamos que ahora estás comparando con +5V. OK, C1 se descarga hasta llegar a 5.01V. La salida se vuelve alta y C1 comienza a cargarse. Ahora bien, esto es importante, a través del divisor de resistencia, la salida alta configurará la entrada no inversora a un nivel mucho más alto que 5.01V. Esto significa que la salida permanecerá activa durante más tiempo (el voltaje C1 debe cargarse hasta 5 V). Esto asegurará que C1 se cargue por completo a través de la resistencia interna del FET, antes de que el FET se apague nuevamente.

Todo es cierto, excepto que debido a que no hay inductor en el circuito, el interruptor cargará el capacitor hasta el suministro (o al menos parcialmente hasta el suministro, dependiendo del tiempo de activación del FET) y provocará una sobrecorriente del suministro. , en lugar de regular la salida sin problemas.
¡Respuesta impresionante! Gracias. Como dije, publicaré cualquier actualización.
@Jason: los comparadores en general son rápidos (mucho más rápidos que los amplificadores operacionales). La rapidez con que se cargue C1 dependerá de los FET R D S ( O norte ) y la capacitancia de la puerta.
Claro, exactamente. Pero mi punto es que este comportamiento probablemente no sea lo que quiere el OP. ¿Qué elemento del circuito limita la corriente a través de C1, si la compuerta FET está completamente encendida? Si el suministro tiene una impedancia muy baja, el FET está en su modo de corriente constante (NO Rdson) y disipando mucha energía. Si el suministro tiene una impedancia moderada, el FET actúa como un interruptor de Rdson bajo y hará que el suministro se hunda mientras carga el capacitor. Cualquiera de esas alternativas son indeseables.
Frustrante... acabo de conectar este circuito sin cambiarlo, batería para una carga y panel para entrada... se enciende y se apaga y regula el voltaje. Cuando lo conecto a un ácido de plomo muerto, la salida del comparador aumenta (si no está conectado a otra cosa que no sea la resistencia de extracción) cerca del voltaje de suministro. Cuando la salida del comparador está vinculada a la puerta, nunca llega a 4v. Cuando introduzco 5v en la puerta manualmente usando un potenciómetro, con la salida del comparador desconectada, la corriente fluye a través del fet con poca impedancia; casi no hay calor a pesar de varios amperios. Suspiro
¿Está mirando la puerta con un osciloscopio o un medidor? Es muy probable que esté oscilando y un medidor mostrará el valor medio de CC. Agregar histéresis como describí en mi respuesta evitará la oscilación. Solo como prueba, un capacitor de la salida del comparador a tierra modificará o evitará la oscilación PERO el sistema estará entonces en modo lineal. Pruebe con 0,1 uF y luego con 1 uF. Un osciloscopio es una herramienta muy muy muy útil en tales situaciones. Una vez que tenga histéresis como lo describo, puede intentar agregar un pequeño límite en la entrada no inversora. Esto no funcionará mientras la entrada esté conectada a Vout-
Gracias por las sugerencias, no hay alcance, pero probaré la tapa en la salida del comparador. Gran idea gracias. Necesito simular este circuito... de todos modos, gracias de nuevo, actualizaré

El problema con el que se está encontrando es que está utilizando retroalimentación negativa alrededor del comparador: el MOSFET invierte efectivamente su señal de puerta (el aumento en el voltaje de la puerta provoca una disminución en el voltaje de drenaje), por lo que la retroalimentación en el pin "+" en realidad crea retroalimentación negativa en lugar de comentarios positivos.

La retroalimentación negativa es excelente para la regulación (probablemente su idea), pero no es lo que desea si desea cambiar el comportamiento en lugar del comportamiento lineal.

Le sugiero que mantenga la retroalimentación negativa como un circuito externo pero use la retroalimentación positiva como un circuito interno.

Una forma de hacer esto con bastante facilidad es dividir la entrada en la entrada "+" del comparador de la siguiente manera:

  • Para retroalimentación negativa de CC/baja frecuencia (bucle externo), conecte el nodo "-OUT" a "+" a través de una resistencia Rfb de valor bastante alto (por ejemplo, 100K o 1M). Sin embargo, tenga cuidado porque los LM393 son bipolares, así que tenga cuidado. de corriente de polarización. Puede optar por utilizar un comparador CMOS como un TLC393 en su lugar, o poner una resistencia similar en serie con el nodo "-" del comparador para equilibrar las impedancias de entrada.

  • Para retroalimentación positiva de alta frecuencia (bucle interno), conecte la salida del comparador al nodo "+" a través de un circuito RC en serie. El valor de C se elige de modo que Rfb*C le dé un tiempo de cruce T (= 1/2/pi/frecuencia); el valor de R es solo para asegurarse de que el nodo "+" no se golpee ni se dañe, por lo que una resistencia de 1K debería estar bien.

El tiempo de cruce T corresponde aproximadamente a un período de conmutación en PWM; este es una especie de controlador histérico en lugar de un controlador de conmutación de frecuencia fija, pero es la misma idea. (Debe elegirse para que no sea demasiado alto).

Debido a que estaría funcionando en un modo de conmutación en lugar de un modo lineal, también necesitaría inductancia en algún lugar de este circuito (presumiblemente entre el drenaje FET y el nodo "OUT"), de lo contrario, un FET que se encienda completamente a través del capacitor en la salida causará grandes sobrecorrientes. Y también necesitaría un diodo de rueda libre para conducir la corriente cuando el FET se apaga.

Si realmente desea un comportamiento lineal, use un amplificador operacional en lugar de un comparador.

¡Buena suerte!

Muchas gracias. Publicaré cualquier actualización. Además, ¿cómo estoy reinventando exactamente el controlador de carga? ¿Hay una manera más fácil de hacerlo sin comprar un controlador?
? No mencioné reinventar el controlador de carga; ese fue el comentario de Russ.
Si por lineal quiere decir que el fet estaría parcialmente encendido a veces, quiero evitar eso. Lo quiero encendido o apagado para evitar una gran disipación de calor. Pensé que el circuito simplemente cambiaría lo rápido que fuera necesario... aunque no tengo exactamente claro por qué el voltaje de la puerta fet es bajo.
Porque aparentemente estás actualmente en modo lineal en un punto de equilibrio estable. El comparador no actúa como un comparador, actúa como un amplificador operacional porque hay retroalimentación negativa. (el aumento en la salida del comparador provoca un aumento en el voltaje de la puerta, provoca una disminución en el voltaje de drenaje, provoca una disminución en el pin "+", lo que provoca una disminución en la salida del comparador, provoca una disminución en el voltaje de la puerta, etc.) Cuando los FET están en su modo lineal, el voltaje de la puerta es pequeño; no están completamente encendidos, solo lo suficiente para permitir que fluya la cantidad adecuada de corriente.
Esto va a ser básicamente un convertidor de modo de conmutación :)
.. connect the "-OUT" node to "+" via a ..¿Es esto un error tipográfico?
Si no es un error tipográfico, ¿podría publicar un diagrama de circuito, por favor? Circuit Lab es una excelente herramienta en línea para dibujar circuitos rápidamente si lo desea.
No es un error tipográfico. En este momento -OUT está conectado directamente a "+". Solo digo que cree dos rutas de retroalimentación, una análoga a lo que está sucediendo ahora, con una resistencia insertada, la otra ruta de retroalimentación es nueva. "Esto va a ser básicamente un convertidor de modo de conmutación". Sí, en mi opinión, este circuito (tal como está) debe arreglarse para que sea un regulador lineal, o debe arreglarse para que sea un convertidor de modo de conmutación, o es un circuito con errores.
Bueno, ¿cómo puedo "arreglarlo" Jason? Voy a buscar un suministro de pseudo conmutación aquí ... funciona aparte de que el voltaje de la puerta es demasiado bajo y causa calentamiento y desperdicio. Esto ocurre incluso con batería baja y, por lo tanto, con una diferencia significativa entre los voltajes en las entradas del comparador. El fet permanece encendido como se esperaba cuando se conecta a una batería de plomo ácido, pero nuevamente Rds es demasiado alto debido al voltaje de la puerta. Corríjame si me equivoco, pero la histéresis no tendría nada que ver allí. ¿Bien?
Desafortunadamente, esto se está volviendo más complicado de lo que pensó como diseñador o de lo que pensé como contestador. Los reguladores de conmutación son excelentes, pero son más complicados. Si alguien más aquí puede ayudarlo a guiarlo hacia un IC de convertidor de conmutación listo para usar, o arreglar su circuito para que funcione bien como un convertidor de conmutación, genial, pero desafortunadamente tendré que pasar, ya que he volado. mi presupuesto de tiempo en este sitio para hoy.
Te escucho. Gracias. Voy a intentar amplificar la salida del chip porque parece funcionar.

Se ve básicamente bien.
Necesitas saber lo que estás tratando de hacer.
lo que esto intenta hacer es limitar el voltaje de la batería al de zener + cadena de diodos ~= 14.5V. Esto está bien en algunas circunstancias, pero es demasiado alto para un uso normal.

El hecho de que el voltaje de la puerta FET sea bajo sugiere que no está haciendo lo que muestra el circuito. Necesita algún tipo de carga para probar esto: la batería está bien.

Este tipo de circuito debe ser un despilfarro o activarse en el límite. La batería se caerá cuando se desconecte la alimentación, por lo que se encenderá y se cargará y luego se apagará y caerá.
Para agregar histéresis, agregue una resistencia, digamos R3 = 1k desde -out hasta opamp non inverting y luego una resistencia R4 desde opamp out hasta opamp non inverting. El valor relativo a R3 controla la oscilación de voltaje de histéresis. Tal vez rango de 10k-47k. La olla puede ser lo mejor.

Estás re-re-re-reinventando la rueda del cargador de batería solar. Necesitas tener una buena razón para hacerlo. ¿Tiene?

Mostrar todos los valores de los componentes en el diagrama. Decir "mejora típica ..." destruye totalmente el valor de su circuito, ya que es una "caja negra" desconocida que podría ser ideal o inútil.
Número de pieza por favor.

Creo que los diagramas dibujados a mano están bien (lo haría :-)) si están limpios, ordenados y legibles, PERO usan una regla o un cuadrado.

es deseable proporcionar enlaces a las hojas de datos. Hoja de datos de LM393 aquí
LM393 es un colector abierto, por lo que R2 es una fuente de accionamiento de compuerta.
Vin no puede acercarse más de 2 V a Vdd, pero su alimentación parece estar bien.

Los diodos Zener plus son extraños, a menos que sea todo lo que tienes. Vzener+diodos ~= 14.5V+. Podría ser 15V+. Es mejor usar solo un zener o una referencia barata de semiprecisión como un TL431.

Una resistencia de quizás 1k de salida a tierra puede ayudar a que el cct se comporte cuando no hay carga presente.

~

Gracias a todos. Una cosa: no pensé que estaba 'reinventando' nada. Tal vez alguien podría iluminarme sobre otra forma de hacer esto sin usar una carga ficticia.
Probé una resistencia de fuera a gnd. La cosa es que las salidas lm393 solo son bajas, es decir, cuando la salida es alta, la única fuente de voltaje positivo es la resistencia pull-up. Entonces, la puerta se conecta a tierra cada vez que la salida es baja.
Estaba usando SU terminología. Ot- = terminal de carga = drenaje MOSFET. Si el MOSFET está apagado y no hay carga, la entrada de inversión del comparador flota y puede causar un mal funcionamiento al flotar en el rango de modo común prohibido cerca de Vcc. El comparador PUEDE funcionar bien cuando Vin es> Vmodo común en estado inactivo, pero tal vez no.
Necesita ayuda para conducir la puerta N FET desde la salida del comparador LM393
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