Entendiendo la fuente de alimentación del circuito básico del CS5463

Question

Estoy tratando de poner el CS5463 de los circuitos de ejemplo en la página 41 de la hoja de datos (adjunto abajo):

En este momento, estoy trabajando en la parte superior del circuito, que es la fuente de energía IC. He hecho algunas simulaciones en Multisim y, aparentemente, esta parte es completamente funcional. Pero antes de proceder a otra parte del circuito quiero entender para qué está cada componente. He investigado para no llegar con las manos vacías.

• El 470 nF condensador: ¿es un condensador de desacoplamiento, que filtra una posible señal de DC de la línea de alimentación? No pude extraer esta información de mis simulaciones. Tenía la impresión de que hace algo más

• El 500 ohms resistencia en serie con el condensador mencionado antes ¿Es un simple limitador de corriente? Mi suposición es que sí, lo es, y su función es limitar la corriente del ciclo negativo de la línea eléctrica.

• De las simulaciones, he aprendido que este condensador y resistencia en serie están expuestos a grandes voltajes. El condensador, por ejemplo, está expuesto a tensiones de hasta 295 Volts (la red eléctrica en la que estoy es 220 Volts RMS ). ¿Hay algún condensador del orden de los nanofaradios que pueda soportar tanto?

• Sobre los diodos: el primero está ahí para cerrar el circuito en el ciclo negativo. El propósito del segundo es evitar que la red eléctrica drene la energía almacenada en el 470nF condensador cuando la red eléctrica está en el ciclo negativo.

• El 470nF condensador: es el componente que carga la energía del ciclo positivo de la red eléctrica para descargarla en el ciclo negativo.

• El diodo Zener: funciona como regulador de voltaje, manteniendo el voltaje encendido, aproximadamente, 5 Volts .

• El 500 ohms resistencia antes del diodo Zener: crea una diferencia de voltaje entre el 470uF condensador y el diodo Zener cuando la tensión cargada en el condensador es mayor que la que tiene el diodo Zener (aproximadamente 5 Volts ).

¿Mi hipótesis es correcta?

• El 0.1 uF condensadores: ¿serían by-pass capacitors ? ¿Funcionarían como una "tierra virtual" para la señal de CA?

• ¿Por qué hay un 10 ohms entre los pines de las fuentes VA+ y VD+? ¿Por qué están los pines de tierra AGND y DGND cortocircuitados?

• Elegí el 1N4733A para ser el diodo Zener. ¿Es un componente fácil de encontrar (tiendas locales)? ¿Habría otras sugerencias?

Answer 1

Los componentes que mencionas se combinan para formar un simple suministro sin transformador para el CI. Estos son bastante comunes en tales circuitos.

El condensador de 470nF y 500Ω presentan una impedancia establecida para el voltaje de la red y limitan la corriente. La razón por la que no se utiliza una sola resistencia es porque tendría que disipar bastante potencia para hacerlo, mientras que un condensador no disipa ninguna potencia (o muy poca para una tapa no ideal)

Podemos demostrarlo mirando los números:

Asumiendo una frecuencia de red de 50Hz, podemos calcular la impedancia del condensador:

\$ \dfrac {1} {2 \pi \times 470nF \times 50Hz} = 6772.5 \Omega \$

Para calcular la impedancia total, lo hacemos:

\$ \sqrt {6772.5^2 + 500^2} = 6791 \Omega \$

Así que la corriente máxima a través del condensador de 470nF y la resistencia de 500Ω será:

\$ \dfrac {311}{6791 \Omega } = 45.8mA \$

La corriente RMS será \$ 45.8mA \times 0.707 = 32.4mA \$

Por lo tanto, la resistencia se disipará:

\$({32.4mA})^2 \times 500 \Omega = 520mW\$ - no demasiado, una resistencia de 1W o 2W manejará esto bien.

Digamos que acabamos de usar una resistencia de 6791Ω para limitar la corriente a 32,4mA, la resistencia tendría que disiparse:

\$({32.4mA})^2 \times 6791 \Omega = 7.1W\$ se necesita una gran cantidad de energía desperdiciada y una costosa resistencia.

Así que usamos la tapa para hacer la limitación principal, y la resistencia en serie para limitar la corriente transitoria (si el tiempo de subida de la transitoria es rápido, entonces la tapa se verá como una impedancia menor pero la resistencia seguirá viéndose como 500Ω)

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Reglamento

El resto de los componentes son para rectificar y regular el voltaje, con el fin de presentar un suministro de CC de bajo voltaje constante para el CI.

Los 2 diodos se encargan de la rectificación, pasando sólo la mitad positiva de la forma de onda. Esta es suavizada por el condensador de 470uF, y luego regulada por el segundo resistor 500Ω y (probablemente 5,2V) el diodo zener.

Así que todo el proceso se ve así (ignora los números de parte de los diodos, el LTSpice no tiene ningún 1N4002 o similar. También usé un zener de 6.2V ya que no hay un zener de 5V. Sin embargo, el principio es exactamente el mismo):

Simulación en el encendido (note que V(IC) se eleva a ~6.2V y permanece allí):

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Tapas de derivación y resistencia 10Ω

Los condensadores de 0,1uF son de hecho condensadores de derivación, estos presentan un almacenamiento de energía local para la demanda de corriente de alta frecuencia.
Combinada con las tapas, la resistencia 10Ω es para desacoplar hasta cierto punto los suministros analógicos y digitales. Las clavijas de tierra analógicas y digitales también son una forma de mantener las corrientes separadas. Esto es común en los circuitos integrados con una función analógica a digital o digital a analógica.

PFMON y el condensador de 470nF

El condensador necesita ser calificado para manejar el voltaje de la red. Hay condensadores llamados " Condensadores X " que están especialmente certificadas para su uso con la red eléctrica. Aquí hay un ejemplo 0.47uF 440VAC parte (recoger al menos 1,5 veces la red nominal es una buena idea)

La clavija PFMON detecta un fallo de alimentación cuando el voltaje de la clavija cae por debajo de 2,45V. Esto puede ser usado para señalar a su microcontrolador y tomar cualquier acción apropiada. Con el divisor (0,66 veces la entrada) que se muestra podemos calcular el voltaje de entrada donde esto ocurrirá:

\$ \dfrac {2.45V} {0.66} = 3.675V \$

El voltaje mínimo de funcionamiento se da en la hoja de datos como 3.135V, por lo que esto da ~0.5V de margen.