Crowbar 电路导致运算放大器电路出现意外行为

电器工程 运算放大器 电路分析 双向可控硅 TL431
2022-02-07 06:53:40

我正在使用运算放大器来放大来自微控制器的输入信号,通常工作正常。

对于过压保护,我添加了直接取自TL431 数据表第 27 页图 32 的撬棒电路,这给电路添加了一些我不太了解的不良行为。

在 TL431 以 2.5 V 的电压触发和分压器 /时,crowbar 应以 4.8 V 的运算放大器输出电压触发并熔断保险丝。但我看到的是,一旦输出电压达到 3 V,输出就会下降到 0.75 V 并保持在该水平,直到输入电压下降得足够远,在正常运行中输出应该低于 0.75 V。之后,它再次按预期工作,直到达到 3 V 或更高的输出。R3R4

我在这个 crowbar 电路的讨论中发现,数据表中描述的电容器的位置和尺寸可能并不理想。这会以某种方式导致我的问题吗?如果不是,还有什么可能对这种行为负责?

编辑:为了添加撬棒的适当上下文,我用运算放大器输出调节激光器的功率。我必须确保激光器不会因输出短路到 5V 而永久打开,该 5V 用作运算放大器和 pcb 上其他部件的 +Vcc。由于我不需要超过 4.2V 的输出,并且在正常操作期间不应该得到更多,用撬棒烧断保险丝是我能想到的防止这种情况的最好方法。

数据表:

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

运算放大器:https ://www.mouser.de/datasheet/2/609/AD8605_8606_8608-877839.pdf

双向可控硅:http ://www.ween-semi.com/sites/default/files/2018-11/BT137S-600D.pdf

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

更新:完全移除 C1 并不能消除所描述的行为,但会将其发生时的电压增加到 3.3V

3个回答

在您展示的电路中,您不需要C1。
正如前面讨论中所指出的,电容器可能会在运算放大器输出突然上升时开启双向可控硅。

TL431 并不真正适合您尝试做的事情,因为它需要最小 Ik 来设置参考 (0.4mA)。您看到的奇怪传导很可能是由于内部参考发生器的影响。

但是,假设您想烧断保险丝(并且已经指出您选择的保险丝不合适),我建议以下更改可能会解决您的问题:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

R3 确保 TL431 内部参考始终得到充分服务,并且不依赖于信号电平。
M2 使运算放大器的输出短路……但这里的情况很模糊。运算放大器只能提供 80mA 电流,因此我假设您正试图在运算放大器死机(并且电流不受控制)时熔断保险丝。
但是,如果运算放大器正常且信号太高,则该电路将钳位输出 80ma,而不会出现问题。让保险丝熔断是一项艰苦的工作。

更新:当轨-轨操作已经将输出摆幅限制在 5V 时,您希望将输出摆幅限制在 4.8V 的原因是什么?更全面地解释您的需求,以便更好地获得可行的答案。

从纯运算放大器的角度来看问题,您的规格如下:

  1. 使用 5V 电源时,运算放大器的输出不得超过 4.8V
  2. 输入必须为高阻抗
  3. 运算放大器没有损坏(因此输出电流限制有效)
  4. 钳位输入而不是输出

这可能是一种简单地钳位输入信号的可行方法:

示意图

模拟这个电路

TLV3011提供非常准确的参考电压,R4/5/6 提供输出阈值调整。

运算放大器没有提供足够的电流来烧断保险丝。保险丝的额定电流为 200mA(该系列中额定电流最低的保险丝),运算放大器只能提供 80mA(如果在 2.7V 下以 5V 运行,则只有 30mA),或者不到一半的电流来烧断保险丝。

假设接地连接到保险丝的另一端,而不是撬棒电路,只有 80mA 电流流过保险丝,它仍然不会熔断,即使您将电压提高到 AD8605 的输出会允许它的额定值(6V)。

Crowbar 电路适用于具有低源阻抗/高电流的电压电路,如电源。

编辑:

有几种选择,一种方法是通过将运算放大器的 Vcc 更改为 3.4V 来限制运算放大器的输出。

另一种方法是在输入端使用齐纳二极管,但这会牺牲一些线性度和从 Vin 看到的负载阻抗。电阻器可以提高到更高的值,但也会改变限制曲线的斜率,并使二极管钳位不准确/线性较差的 Vin/Vout 曲线的上限。这不是一个好的选择,我更喜欢钳位输出或限制 Vcc(这可能是最简单的,只需在电路中添加一个稳压器)。

在此处输入图像描述

最后一种选择是在输出端使用串联电阻器和二极管,由于串联电阻器和二极管的泄漏电流,也会产生一些损耗。

另一个编辑:

如果您想要限流,那么有很多电路可以完成这项任务。(也有许多适合此任务的 IC)。大多数涉及使用电流检测放大器检测电流,如下所示(放大器 IC1 切换光耦合器,而光耦合器又切换 pmos 高端开关):

在此处输入图像描述
资料来源:https ://www.electronicdesign.com/power/current-limiter-offers-circuit-protection-low-voltage-drop

或此处列出的许多电路

我找到了 TL431 出现意外行为的原始原因。

原来,我使用的 Eagle 库在 TL431 下有 TL432 的 SOT23 封装。由于两者已切换阴极和参考引脚,因此我的电路无法与 TL431 一起正常工作。

原始电路仍然存在一些不稳定性,这就是为什么我接受 Jack Creasy 的回答,因为他的替代电路运行良好。