La salida del comparador no está activando MOSFET por completo

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Primera pregunta para mí. Me he beneficiado de otras respuestas aquí, pero no he resuelto completamente mi problema. Aquí está mi problema ...

La salida del comparador LM311 no activa el MOSFET del canal N.

El LM311 tiene un voltaje de referencia de 110 mv en la entrada inversora.
La entrada no inversora está controlada por una salida de aislador óptico. El optoaislador se acciona mediante 1 de 4 voltajes de CA de 60 Hz. < 1VAC, 9VAC, 55VAC y 115VAC.

El objetivo del diseño es hacer que el FET encienda completamente el ventilador de 12 VCC cuando haya un voltaje de CA apreciable. Entonces, el ventilador está completamente encendido para los voltajes de 9, 55 y 115 VCA. Parece que debería funcionar porque mido voltajes en la entrada no inversora de 1.6, 2.2 y 3VDC respectivamente para los 3 voltajes de CA apreciables. Y mi voltaje de referencia en la entrada inversora es de 110 mv.

Por lo tanto, "casi" funciona porque el ventilador está apagado en el < 1VAC, pero no está completamente "encendido" para los otros voltajes de CA. Creo que esto se debe a que Vgs es 167mv, 6.1V, 7.7V y 9.9 voltios para los 4 voltajes de CA mencionados anteriormente. Y el ventilador solo obtiene 7, 8 y 10 VCC en lugar de los 12 VCC deseados. Realmente me gustaría poder activar completamente este FET todo el tiempo. ¡Tan cerca!

Se agradece cualquier entrada u orientación.

Ps-cosas que creo que he hecho bien? Diodo flyback a través del ventilador. Colocando el FET del canal N para cambiar a tierra en el lado bajo del ventilador. ¿El LM311 tiene salida de colector abierto usando correctamente?

PSS: me doy cuenta de que los pines del LM311 no están bien en mi esquema. Los tengo justo en mi circuito protoboard. Es un solo dispositivo. El pin 2 no es inverso y el pin 3 en inversión

Gracias de nuevo.

Lapreguntayrespuestaduplicadassugeridasnoayudanporlassiguientesrazones:Tantoeldiagramacomoelesquemason"No se encontró el archivo" lo que dificulta bastante seguir las respuestas. No estoy utilizando ningún comentario positivo en mi circuito, ya que no creo que necesite uno. Tengo una resistencia de arranque simple a mi suministro de 12 V, no un divisor de voltaje a la fuente de alimentación como se menciona en la respuesta. Gracias.

Solo para el registro, quería publicar un esquema más preciso y gracias por la respuesta al usar una tapa para mantener la salida del aislador óptico. De hecho, tengo una entrada de onda completa al fototransistor, pero estoy seguro de que la tapa ayudará de todos modos. Para responder a la última pregunta, la salida del comparador Pin 7 tiene una resistencia pullup a 12v. El problema es que Vgs solo tiene 10v cuando el comparador tiene 3v en el pin 2 y 110mv en el pin 3. Hubiera esperado que la salida del LM311 fuera mucho más cercana a 12v (Vcc) con esas entradas. La intención es que el FET se encienda completamente para el voltaje del pin 2 > pin 3.

    
pregunta mikeo

4 respuestas

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la salida de tensión máxima es de alrededor de 3.3V y no a 5V. Como tu   explica eso?

El LM311 tiene una salida de colector abierto por lo que no "controla" la salida alta. Para su circuito, la salida alta está dada por:

$$ V_ {OH} = 5V (\ dfrac {2.7k + 1k || 2.7k} {2.97k + 2.7k + 1k || 2.7k} + \ dfrac {1k} {1k + 2.7k} \ dfrac {2.97k} {2.97k + 2.7k + 1k || 2.7k}) = 3.31V $$

  

¿cómo explicaría que la salida no es exactamente a 0 V cuando la   entrada es alta?

    
respondido por el Alfred Centauri
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Normalmente, cuando se usa un comparador, el nivel de salida cuando el comparador se apaga se determina solo por el nivel de la fuente de alimentación. Sin embargo, su circuito también tiene retroalimentación positiva a través de R52 y esto limitará el voltaje máximo. Si aumentara R52, R53 y 1k en 10 veces, vería un voltaje de salida mayor. Recuerde que este es un comparador que se basa en una resistencia de salida que arrastra la salida al riel de alimentación positivo. Si utilizara un amplificador operacional (salida push-puul), esto no sucedería.

    
respondido por el Andy aka
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Con la salida alta, tiene un divisor de voltaje como pull-up: 2.97K a +5, y 2.7K a la unión de R53 y 1K - esto evitará que la salida aumente a +5 voltios.

En el lado bajo, las especificaciones dan un voltaje de saturación de 0.23 a 0.4 voltios con una carga de 8 mA. Su circuito de pull-up consumirá aproximadamente 11 mA, por lo que el bajo voltaje de salida puede ser un poco más que los 0.4 V especificados.

    
respondido por el Peter Bennett
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El problema básico con su circuito es que la tensión de la red es de CA, por lo que el LED en el optoaislador solo se enciende durante los semiciclos positivos y el comparador recibe pulsos a 60Hz. Lo que parece ser 7V, 8V o 10VDC en su medidor es en realidad una onda cuadrada que está encendida por menos del 50% de cada ciclo de alimentación de CA.

El gráfico a continuación es una LTspice de la respuesta de su optoaislador a la entrada de la red de CA. El voltaje de salida (verde) es de 1.6V promedio, por lo que su medidor mostrará 1.6VDC, pero el comparador lo convertirá a una onda cuadrada de 60Hz con una relación de encendido / apagado inferior al 50%.

ParaobtenerunasalidacontinuadeCC,necesitaalgunaformadecompletarlosespaciosentrecadamediociclo.LasoluciónmássimpleesagregaruncondensadoratravésdeR1quesecargadurantelospulsosysedescargamáslentamenteentreellos.Sielcapacitoreslosuficientementegrande,entoncesestodeberíaproducirunvoltajedeCCrelativamentesuavequeseaigualosuperioraloriginalenlalecturadelmedidor,peroconuncierto"rizado" causado por la descarga del capacitor entre medio ciclo.

Sielcondensadoresdemasiadopequeño,elvoltajeinstantáneocaerápordebajodelumbraldelcomparadorentrelossemiciclos,perosiesdemasiadogrande,larespuestapuedeserdemasiadolenta.Comopuntodepartida,puedeaplicarla constante de tiempo RC fórmula T = R x C (donde T es el tiempo necesario para el el voltaje cae al 37%, R es R1 en su circuito y C es la capacitancia requerida). Haga que la constante de tiempo sea mucho mayor que 16.7 ms (tiempo de ciclo de 60 Hz).

Respuesta a su edición 2017-11-15

Con R2 = 10k y R3 = 100k, debería obtener ~ 1.1V en el pin 3 del LM311, no 0.11V. Si realmente está obteniendo 0.11 V, estos valores no pueden ser correctos. Es posible que sea preferible un voltaje más alto si no desea que el circuito se encienda muy por debajo de 9VAC.

Mirando más de cerca la hoja de datos de SHF620A, parece que tiene dos LED consecutivos, que producen resultados en semiciclos positivos y negativos. Sin embargo, esta salida 'rectificada' seguirá a la CA, bajando a cero en cada cruce (la forma de onda de salida solo tendrá dos 'jorobas' por ciclo en lugar de una). Esto será más fácil de suavizar debido al menor tiempo (~ 8ms) entre picos. Con R5 = 10k, un capacitor de 2.5uF en paralelo produciría aproximadamente la misma ondulación que en mi simulación, mientras que 4.7uF lo haría aún más suave pero con un tiempo de respuesta similar.

El IRLR024N está virtualmente encendido con la unidad de 10V Gate ( hoja de datos shows < 0.1 V caída a 1.5A). La forma en que está configurado su comparador la salida debería ir a 12V, pero si la entrada cae por debajo del umbral para el 17% del ciclo de CA, entonces su medidor solo leerá 10V, aunque el FET esté completamente encendido el 83% del tiempo .

Diagnosticar formas de onda pulsantes con un multímetro es complicado porque solo muestra el voltaje promedio. Para ver lo que realmente está sucediendo, necesita un osciloscopio. Incluso un alcance barato de ancho de banda bajo, como el

    

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