Necesito ayuda para explicar este circuito y cómo está dimensionado y diseñado

Veo dos errores evidentes:

1. El Zener es un 1N4735A y se especifica que tiene un Vzt de 6,2 V +/-5 % con un Izt de 41 mA a través de él.

Con 6,2 V en la cadena que comprende R2, R3, R4, R5, R6 y con R2 configurado para resistencia mínima, la corriente a través de la cadena será de 459 microamperios. Con R2 configurado para resistencia máxima, la corriente será de 264 microamperios.

Con el Zener bajando 6,2 V y la batería a 24 V, la diferencia entre ellos (17,8 V) aparecerá en R1 (4700 ohmios) y la corriente a través de R1 será de 3,79 miliamperios.

Luego, con la corriente a través de la cadena en alrededor de medio miliamperio, en el peor de los casos, la corriente a través del Zener será un poco más de 3 mA, ni cerca de los 41 mA que se supone que debe ser para que cumpla de manera predecible con su especificación de voltaje.

para 41mA a través del Zener y medio miliamperio a través de la cuerda,

R1 = E/I = (Vbat-Vzt) / (IZt + Istring) = 17,8 V / 41,5 mA = 428,9 ohmios.

430 ohmios es un valor estándar de E24 y funcionaría, pero disipará alrededor de 739 milivatios, por lo que se debe usar al menos una resistencia de un vatio.

2. El LED rojo siempre estará encendido ya que el voltaje a través de D7 nunca aumentará a un nivel suficiente para cortar su corriente (los LED rojos).

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Siguen las modificaciones al esquema de electroschematics.com, y la lista de circuitos LTspice está aquí si quieres jugar con el circuito.

DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO:

La cadena de resistencias conectada entre la unión de R20-D1 y tierra es un divisor de voltaje diseñado para dar salida a 3,5 voltios, 3,83 voltios, 4,17 voltios y 4,5 voltios cuando es impulsado por el LM4040-5, una referencia de derivación de 5 voltios, y estos cuatro voltajes son utilizados como referencias para las entradas no inversoras de U1A, B, C y D, que son los cuatro comparadores de voltaje diferencial de colector abierto que comprenden un LM339.

Las entradas inversoras de los comparadores son impulsadas por el divisor de voltaje R6-R7, que está conectado a través de la batería, y como el voltaje de la batería varía entre 27 voltios y 21 voltios, la salida del divisor variará de 4.5 a 3.5 voltios con esta correspondencia a el voltaje de la batería:

     Vbat  Vdiv
    -----+------
      27   4.50
      25   4.17
      23   3.81
      21   3.50 

De esa forma, a medida que el voltaje de la batería baje de 27 a 21 voltios, la salida del divisor caerá de 4,5 a 3,5 voltios y, a medida que sea menos positivo que cada uno de los voltajes de referencia en las entradas inversoras de los comparadores, la salida del comparador correspondiente será ir alto, apagando el LED correspondiente a ese voltaje de la batería.

Inicialmente, con la batería completamente cargada, el plan es que todos los LED estén ENCENDIDOS y luego, cuando la batería se descargue, los LED se apaguen, uno a la vez, en código de termómetro, hasta que baje el voltaje de la batería. por debajo de 21 voltios. En ese momento, la batería entrará en descarga total y D5 parpadeará ( su idea inteligente :) - aproximadamente una vez por segundo - como advertencia - mientras la batería permanezca en descarga total.

El parpadeo se logra con U2A, la mitad de un LM393, cableado como un multivibrador astable controlado con una salida lógica nominal BAJA que mantiene D5 ENCENDIDO, el parpadeo se habilita mediante la salida de U1D que lleva a U2A+ a tierra cuando el voltaje de la batería cae a 21 voltios o menos.

La mitad no utilizada de U2 se ahorra cortando sus entradas y salidas a tierra, como se muestra, y cada uno de los comparadores de U1 cuenta con suficiente histéresis, generada con diez megaohmios de salida a entrada no inversora, para evitar que su salida parpadee como su entrada inversora se mueve lentamente a través del punto de conmutación.

D1 era originalmente un 1N4735A, un diodo Zener de 6,2 voltios y 1 vatio con una corriente de prueba especificada de 41 mA, pero se cambió a un LM4040-5, una referencia de derivación de 5 voltios que requiere mucha menos corriente de funcionamiento y ofrece una mayor precisión.

Para determinar el valor de R1 requerido para una entrada de 5 V en lugar de 6,2 V a la cadena, conociendo la caída de voltaje en R5 y su resistencia, se calculó la corriente a través de R5 usando la ley de Ohm, donde:

    I = E/R = 3.5V/10.5kR = 333.3µA.

Luego, dado que la corriente en un circuito en serie es la misma en todas partes del circuito, se calculó el valor de R1, nuevamente usando la ley de Ohm, a partir de la caída deseada a través de él y la corriente a través de él:

    R = E/I = (Vzener - 4.5V)/333.3µA = 1500 ohms

A continuación, sabiendo que la corriente en la cadena era de 333 microamperios, se eligió que la corriente de reposo de D1 fuera de 1667 microamperios, para una suma arbitraria de 2 miliamperios a través de ambos con la batería a 24 voltios:

    R = (Vbat - Vz)/It = 19V/2mA = 9500 ohms

10k es un valor E24 muy común y dará como resultado que la corriente a través de D1 caiga a 1,67 mA, lo que no afectará en absoluto su voltaje de salida, por lo que es 10k.

Aparte de eso y la nueva referencia de derivación y R1, la histéresis, la luz intermitente y la eliminación de un LED, el circuito sigue siendo el mismo que el original.

El zenner limita el voltaje de entrada a la escalera de resistencias a 6,2 V. La escalera de resistencias divide el voltaje en pasos discretos para comparar.

Para cada paso, sume las resistencias arriba y abajo, luego use 6.2V como voltaje de entrada ($V_{IN}$) a la fórmula del divisor de voltaje estándar:

$R_1$es la suma de las resistencias por encima del punto de paso, y$R_2$es la suma de las resistencias debajo de él.

El potenciómetro me parece una forma de ajustar el voltaje fijado ajustando el flujo de corriente a través de la ruta resistiva. Más corriente a través del diodo zener y el voltaje aumentará un poco, menos corriente y el voltaje caerá. Es probable que se use como un ajuste para afinar el voltaje de referencia que se ve en la cabeza del divisor resistivo.

Para una aproximación aproximada de la corriente del LED, tendrá:

Simplemente resuelva para R dada una corriente deseada:

Sobre el circuito de carga: El circuito conectado al pin ADJ controla el voltaje de salida del regulador LM317. El voltaje de salida es 1,25 V superior al voltaje en el pin ADJ, que se establece mediante el divisor R3/R4. R2 y Q1 se utilizan para limitar la corriente de salida. Cuando el voltaje a través de R2 es lo suficientemente alto como para encender Q1, Q1 reduce el voltaje en el pin ADJ y, por lo tanto, reduce el voltaje de salida.

"EM Fields" dijo que de acuerdo con la hoja de datos de 1N4735A que usa Izt=41mA para la prueba, descubrió que había un problema con el valor de R1 (4.7kΩ) que limita la corriente a alrededor de 4mA.

El valor de Izt utilizado en la compilación de la hoja de datos es una elección de la empresa. Simplemente le dice al lector que los datos se recopilan bajo tal condición. Algunas hojas de datos de diodos zener usan Izt tan bajos como 5mA.

Para que un diodo zener conduzca, se requiere una corriente de unos pocos mA. Especialmente cuando la carga consume solo 1/10 de la corriente zener, el diodo zener hará su trabajo maravillosamente. Por supuesto, con una corriente zener de unos pocos mA, el voltaje regulado puede estar en el extremo inferior a 5,9 V. Con la carga solo consumiendo 0.27-0.46mA, el zener debería regularse a su voltaje típico.

Realmente no veo ningún problema con esta parte.