описание и проверка элемента мультиметром • Мир электрики

Содержание

1. Схема включения и принцип работы
2. Цоколевка и технические параметры
3. Характеристика TL431
4. Проверка стабилизатора
5. Стабилизатор тока на tl431
6. ЗУ для мобильного телефона

Выпуск интегральной микросхемы начался с далекого 1978 года и продолжается по сегодняшний день. Микросхема дает возможность изготовить различные виды сигнализации и зарядные устройства для повседневного применения. Микросхема tl431 нашла широкое применение в бытовых приборах: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 — это своего рода программируемый стабилизатор напряжения.

Схема включения и принцип работы

Принцип работы довольно прост. В стабилизаторе есть постоянная величина опорного напряжения, и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор будет закрыт и не допустит прохождение тока. Это отчетливо можно наблюдать на следующей схеме.

Если же эту величину превысить, регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток потечет дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже величины опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

Цоколевка и технические параметры

Операционный усилитель выпускается в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его сменил более новый вариант SOT-23. Ниже изображена распиновка и виды корпусов начиная с самого «древнего» и заканчивая обновлённой версией.

На рисунке можно наблюдать, что у tl431 цоколевка изменяется в зависимости от типа корпуса. У tl431 имеются отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Существуют и зарубежные аналоги tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, которые ничем не уступают отечественному варианту.

Характеристика TL431

Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 до 36В. Ток работы усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока не должна опускаться ниже 5 мА на входе. У тл431 имеется величина опорного напряжения,

• Если буквы нет, то точность равняется — 2%.
• Буква А в маркировке свидетельствует о — 1% точности.
• Буква В говорит о — 0,5% точности.

Более развернутая техническая характеристика изображена на рис.4

В описании tl431A можно увидеть, что величина тока довольна мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую рассеивают эти корпуса, не превышает сотен милливатт. Этого мало. Если предстоит работать с более серьезными токами, то будет правильнее воспользоваться мощными транзисторами с улучшенными параметрами.

Проверка стабилизатора

Сразу возникает уместный вопрос о том, как проверить tl431 мультиметром. Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром следует собрать схему. Для этого понадобятся: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

Резистор R3 необходимо подобрать таким образом, чтобы он ограничил ток до 20мА в цепи питания. Его номинал составляет примерно 100Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только напряжение будет 2,5 В на управляющем электроде, то переход светодиода откроется, и напряжение пойдет через него. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.

Источник постоянного тока — 5В является фиксированным, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, то диод не горит. После того как сопротивление изменяется при помощи подстроечного резистора, светодиод загорается. После этого мультиметр нужно включить в режим измерения постоянного тока и замерить напряжение на управляющем выводе, которое должно составлять 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать рабочим.

Стабилизатор тока на tl431

На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания нужной величины U этого понадобятся три резистора. Необходимо высчитать номинал запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести при помощи формулы: Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ). Согласно формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, величину R1 можно высчитать следующим образом: R1=R2( Uвых/Vref – 1 ). Регулируемый стабилизатор возможно включить тремя способами.

Необходимо учесть немаловажный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по той формуле, по которой рассчитывался номинал R2 и R2. В выходной каскад не стоит устанавливать полярный или неполярный электролит, во избежание помех на выходе.

ЗУ для мобильного телефона

Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.

Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения — следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается.

• DA1 – TL431K — если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом;
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – az431 или az339p ;
• VT4 – BSS138.

Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице.

Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.

TL431

TL431 — интегральная схема (ИС) трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА. Типичное отклонение фактической величины опорного напряжения от паспортного значения измеряется единицами мВ, предельно допустимое отклонение составляет несколько десятков мВ. Микросхема хорошо подходит для управления мощными транзисторами; её применение в связке с низковольтными МДП-транзисторами позволяет создавать экономичные линейные стабилизаторы с особо низким падением напряжения. В схемотехнике импульсных преобразователей напряжения TL431 — фактический отраслевой стандарт усилителя ошибки стабилизаторов с оптронной развязкой входных и выходных цепей.

TL431 впервые появилась в каталогах Texas Instruments в 1977 году. В XXI веке TL431 и её функциональные аналоги выпускаются множеством производителей в различных вариантах (TL432, ATL431, KA431, LM431, TS431, 142ЕН19 и другие), различающихся топологиями кристаллов, точностными и частотными характеристиками, минимальными рабочими токами и областями безопасной работы.

Устройство и принцип действия

TL431 — трёхвыводной пороговый элемент, построенный на биполярных транзисторах, — своего рода аналог идеального транзистора с порогом переключения ≈2,5 В. «База», «коллектор» и «эмиттер» TL431 традиционно именуются соответственно управляющим входом (R), катодом (C) и анодом (A). Положительное управляющее напряжение Uref прикладывается между управляющим входом и анодом, а выходным сигналом служит ток катод-анод IKA.

Функционально, на уровне абстракции, TL431 содержит источник опорного напряжения ≈2,5 В и операционный усилитель, сравнивающий Uref с опорным напряжением на виртуальном внутреннем узле. Физически обе функции плотно, неразрывно интегрированы во входных каскадах TL431. Виртуальный опорный уровень ≈2,5 В не вырабатывается ни в одной точке схемы: действительным источником опорного напряжения служит бандгап Видлара на транзисторах Т3, Т4 и Т5, вырабатывающий напряжение ≈1,2 В и оптимизированный для работы в связке с эмиттерными повторителями Т1 и T6. Дифференциальный усилитель образуют два встречно включённых источника тока на транзисторах T8 и T9: положительная разница между токами коллекторов T8 и T9, ответвляющаяся в базу T10, управляет выходным каскадом. Выходной каскад TL431, непосредственно управляющий током нагрузки, — транзистор Дарлингтона npn-структуры с открытым коллектором, защищённый обратным диодом. Каких-либо средств защиты от перегрева или перегрузки по току не предусмотрено.

Если Uref не превышает порога переключения, то выходной каскад закрыт, а управляющие им каскады потребляют в покое ток типичной величиной 100…200 мкА. С приближением Uref к порогу переключения ток, потребляемый управляющими каскадами, достигает величины порядка 300…500 мкА, при этом выходной каскад остаётся закрытым. После превышения порога выходной каскад плавно открывается, IKA нарастает с крутизной примерно 30 мА/В. Когда Uref превысит порог примерно на 3 мВ, а IKA достигнет примерно 500…600 мкА, крутизна скачкообразно возрастает до примерно 1 А/В. С достижением номинальной крутизны, типичное значение которой составляет 1…1,4 А/В, схема выходит на режим стабилизации, в котором ведёт себя подобно классическому преобразователю дифференциального напряжения в ток. Рост тока прекращается тогда, когда управляющее напряжение стабилизируется действием петли отрицательной обратной связи, включённой между катодом и управляющим входом. Установившееся при этом значение Uref≈2,5 В и называется опорным (UREF). В менее распространённом релейном режиме (режиме компаратора) петля ООС отсутствует, а рост тока ограничен лишь характеристиками источника питания и нагрузки.

Стабилизаторы на TL431 проектируются таким образом, чтобы микросхема всегда работала в активном режиме с высокой крутизной; для этого IKA не должен опускаться ниже 1 мА. С точки зрения устойчивости петли управления может оказаться целесообразным увеличить минимальный ток ещё больше, до 5 мА, но на практике это противоречит требованиям к экономичности стабилизатора. Втекающий ток управляющего входа Iref во всех режимах примерно постоянен, его типичная величина составляет 2 мкА. Производитель рекомендует проектировать входную цепь TL431 таким образом, чтобы гарантировать Iref не менее 4 мкА; эксплуатация микросхемы с «висящим» управляющим входом не допускается. Обрыв или замыкание на землю любого из выводов, а также короткое замыкание любых двух выводов не способны разрушить TL431, но делают устройство в целом неработоспособным.

Точностные характеристики

Паспортная величина опорного напряжения UREF=2,495 В определяется и тестируется заводом-изготовителем при токе катода 10 мА, замыкании управляющего входа на катод и температуре окружающей среды +25 °C. Порог переключения (точка В на передаточной характеристике) и порог перехода в режим высокой крутизны (точка С) не нормируются. Фактическое опорное напряжение, которое устанавливает конкретный экземпляр TL431 в конкретной схеме, может быть и больше, и меньше паспортного, в зависимости от четырёх факторов:

• Технологический разброс. Допустимый разброс UREF при нормальных условиях составляет для различных серий TL431 не более ±0,5 %, не более ±1 % или не более ±2 %;
• Температурный дрейф. Зависимость опорного напряжения бандгапа от температуры имеет форму плавного горба. Если характеристики конкретной микросхемы точно соответствуют конструкторскому расчёту, то вершина горба наблюдается при температуре около +25°С, а UREF при нормальных условиях точно равно 2,495 В; выше и ниже отметки +25°С UREF плавно снижается на несколько мВ. Для микросхем с заметным отклонением характеристик от расчётных горб сдвигается в области высоких или низких температур, а сама зависимость может принимать монотонно спадающий или монотонно возрастающий характер. Отклонение фактического UREF от паспортных 2,495 В во всех случаях не превышает нескольких десятков мВ;
• Влияние напряжения анод-катод (UKA). С ростом UKA опорное напряжение TL431, необходимое для поддержания фиксированного тока катода, снижается с типичной скоростью в 1,4 мВ/В (но не более 2,7 мВ/В). Величина, обратная этому показателю, — примерно 300…1000 (50…60 дБ) — есть верхний предел коэффициента усиления напряжения в области низких частот;
• Влияние тока катода. С ростом тока катода, при прочих равных условиях, UREF возрастает со скоростью примерно 0,5…1 мВ/мА, что соответствует крутизне преобразования в 1…2 А/В.

Частотные характеристики

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) TL431, скомпенсированная встроенной миллеровской ёмкостью выходного каскада, в первом приближении описывается уравнением фильтра нижних частот первого порядка; простейшая частотно-зависимая модель схемы состоит из идеального преобразователя напряжения в ток, выход которого зашунтирован ёмкостью в 70 нФ. При работе на типичную резистивную нагрузку сопротивлением 230 Ом спад АЧХ стандартной TL431 начинается на отметке 10 кГц, а расчётная частота единичного усиления, не зависящая от сопротивления нагрузки, составляет около 2 МГц. Из-за явлений второго порядка АЧХ в области высших частот спадает быстрее, чем предсказывает модель, поэтому реальная частота единичного усиления составляет всего 1 МГц; на практике это различие не имеет значения.

Скорости нарастания и спада IKA, UKA и время установления UREF не нормируются. По данным Texas Instruments, при включении питания UKA быстро возрастает до ≈2 В и, временно, примерно на 1 мкс, останавливается на этом уровне. Затем в течение примерно 0,5…1 мкс происходит заряд встроенной ёмкости, и на катоде устанавливается постоянное стабилизированное UKA.

Шунтирование анода и катода TL431 ёмкостью может приводить к самовозбуждению. При малых (не более 1 нФ) и при больших (свыше 10 мкФ) ёмкостях TL431 устойчива; в области 1 нФ…10 мкФ самовозбуждение вероятно. Ширина области неустойчивости зависит от сочетания IKA и UKA. Наихудшим с точки зрения устойчивости является сочетание малых токов и малых напряжений; напротив, при больших токах и напряжениях, когда рассеиваемая микросхемой мощность приближается к предельной величине, TL431 становится абсолютно устойчивой. Однако даже стабилизатор относительно высокого напряжения может самовозбуждаться при включении, когда напряжение на катоде ещё не поднялось до штатного уровня.

Публикуемые в технической документации графики граничных условий устойчивости являются, по признанию самой Texas Instruments, неоправданно оптимистичными. Они описывают «типичную» микросхему при нулевом запасе по фазе, тогда как на практике следует ориентироваться на запас по фазе не менее 30°. Для подавления самовозбуждения обычно достаточно включить между анодом TL431 и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление в 1…1000 Ом; его минимальная величина определяется сочетанием ёмкости нагрузки, IKA и UKA.

Применение

Линейные стабилизаторы напряжения

В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в функциональный аналог стабилитрона с фиксированным опорным напряжением ≈2,5 В. Типичное внутреннее сопротивление такого «стабилитрона» на частотах до 100 кГц составляет примерно 0,2 Ом; в диапазоне частот 100 кГц…10 МГц оно монотонно возрастает до примерно 10 Ом. Для стабилизации больших напряжений управляющий вход TL431 подключается к резистивному делителю R2R1, включённому между катодом и анодом. Стабилизируемое напряжение анод-катод и внутреннее сопротивление такого «стабилитрона» возрастают в ( 1 + R 2 / R 1 ) {displaystyle (1+R2/R1)} раз. Предельно допустимое напряжение стабилизации не должно превышать +36 В, предельно допустимое напряжение на катоде ограничено +37 В. Изначально именно это включение TL431 было основным: микросхема позиционировалась на рынке как экономичная альтернатива дорогим прецизионным стабилитронам.

Дополнение схемы параллельного стабилизатора эмиттерным повторителем, включённым в петлю обратной связи, превращает её в последовательный стабилизатор. Обычные или составные транзисторы npn-структуры, используемые в качестве проходных вентилей, работоспособны лишь при достаточно высоком падении напряжения между входом и выходом, что снижает коэффициент полезного действия стабилизатора. Проходные транзисторы pnp-структуры в режиме насыщения работоспособны при напряжениях коллектор-эмиттер до ≈0,25 В, но при этом требуют высоких управляющих токов, что вынуждает использовать составные транзисторы с минимальным падением напряжения 1 В и выше. Наименьшее падение напряжения достигается при использовании мощных МДП-транзисторов. Стабилизаторы с истоковыми повторителями схемотехнически просты, устойчивы, экономичны, но требуют дополнительного источника питания затворов МДП-транзисторов (ΔU на иллюстрации).

Импульсные стабилизаторы напряжения

TL431, нагруженная на светодиод оптрона, — фактический отраслевой стандарт усилителя ошибки в бытовых импульсных преобразователях напряжения. Делитель напряжения R1R2, задающий напряжение на управляющем входе TL431, и катод светодиода подключаются к выходу преобразователя, а фототранзистор оптрона — к управляющему входу ШИМ-контроллера его первичной цепи. Для того, чтобы минимальный ток катода TL431 не опускался ниже 1 мА, светодиод оптрона шунтируют резистором R3 величиной порядка 1 кОм. Например, в типичном импульсном блоке питания ноутбука, по данным 2012 года, средний IKA равен 1,5 мА, из которых 0,5 мА протекают через светодиод, а 1 мА — через шунт.

Проектирование эффективных, но устойчивых цепей частотной компенсации таких стабилизаторов — непростая задача. В простейшей конфигурации компенсация возлагается на интегрирующую цепь C1R4. Помимо этой цепи, выходного сглаживающего фильтра преобразователя и самой микросхемы, в схеме неявно присутствует ещё одно частотнозависимое звено, с частотой среза порядка 10 кГц — выходная ёмкость фототранзистора в связке с сопротивлением его коллекторной нагрузки. При этом через микросхему одновременно замыкаются две петли обратной связи: основная, медленная петля замыкается через делитель на управляющий вход TL431; побочная, быстрая (англ. fast lane) замыкается через светодиод на катод TL431. Быструю петлю можно разорвать, например, зафиксировав напряжение на катоде светодиода стабилитроном или подключив катод светодиода к отдельному фильтру.

Компараторы напряжения

Простейшая схема компаратора на TL431 требует единственного резистора, ограничивающего предельный ток катода на рекомендованном уровне 5 мА. Меньшие значения возможны, но нежелательны из-за затягивания времени переключения из открытого (логический ноль) в закрытое (логическая единица) состояние. Время переключения из закрытого в открытое состояние зависит от величины превышения Uref над порогом переключения: чем больше превышение, тем быстрее срабатывает компаратор. Оптимальная скорость переключения достигается при десятипроцентном превышении, при этом выходное сопротивление источника сигнала не должно превышать 10 кОм. В полностью открытом состоянии UKA опускается до 2 В, что согласуется с уровнями ТТЛ и КМОП при напряжениях питания 5 В и выше. Для согласования TL431 с низковольтной КМОП-логикой необходимо использовать внешний делитель напряжения или заменить TL431 на микросхему-аналог с меньшим порогом переключения, например TLV431.

Компараторы и логические инверторы на TL431 легко стыкуются между собой по принципам релейной логики. Например, в приведённой схеме монитора напряжения выходной каскад открывается, а выходной сигнал принимает значение логического нуля тогда, и только тогда, когда входное напряжение UBX укладывается в интервал

U R E F ( 1 + R 3 / R 4 ) < U B X < U R E F ( 1 + R 1 / R 2 ) {displaystyle U_{REF}(1+R3/R4)<U_{BX}<U_{REF}(1+R1/R2)} .

Схема работоспособна, если условие R 1 / R 2 > R 3 / R 4 {displaystyle R1/R2>R3/R4} выполняется с достаточным запасом.

Недокументированные режимы

В радиолюбительской прессе неоднократно публиковались конструкции усилителей напряжения низкой частоты на TL431 — как правило, неудачные. Стремясь подавить нелинейность микросхемы, конструкторы увеличивали глубину обратной связи и тем самым снижали коэффициент усиления до нецелесообразно низких значений. Стабилизация режима работы усилителей на TL431 также оказалась непростой задачей.

Склонность TL431 к самовозбуждению можно использовать для построения генератора, управляемого напряжением на частоты от нескольких кГц до 1,5 МГц. Частотный диапазон такого генератора и характер зависимости частоты от управляющего напряжения сильно зависят от используемой серии TL431: одноимённые микросхемы разных производителей в этом недокументированном режиме не взаимозаменяемы. Пара TL431 может быть использована и в схеме астабильного мультивибратора на частоты от долей Гц до примерно 50 кГц. В этой схеме TL431 также работают в недокументированном режиме: токи заряда времязадающих ёмкостей протекают через диоды, защищающие управляющие входы (T2 на принципиальной схеме).

Нестандартные варианты и функциональные аналоги

Микросхемы различных производителей, выпускаемые под именем TL431 или под близкими к нему именами (KA431, TS431 и т. п.), могут существенно отличаться от оригинальной TL431 производства Texas Instruments. Иногда различия вскрываются лишь опытным путём, при испытаниях ИС в недокументированных режимах; иногда они явно декларируются в документации производителей. Так, TL431 производства Vishay отличается аномально высоким, порядка 75 дБ, коэффициентом усиления напряжения на низких частотах. Спад коэффициента усиления этой ИС начинается на отметке 100 Гц. В диапазоне частот свыше 10 кГц частотная характеристика TL431 Vishay приближается к стандарту; частота единичного усиления, около 1 МГц, совпадает со стандартной. Микросхема ШИМ-контроллера SG6105 содержит два независимых стабилизатора, заявленные как точные аналоги TL431, но их предельно допустимые IKA и UKA составляют лишь 16 В и 30 мА; точностные характеристики этих стабилизаторов заводом-изготовителем не тестируются.

Микросхема TL430 — исторический функциональный аналог TL431 с опорным напряжением 2,75 В и предельно допустимым током катода 150 мА, выпускавшийся Texas Instruments только в корпусе для монтажа в отверстия. Встроенный бандгап TL430, в отличие от одновременно выпущенной TL431, не был скомпенсирован по температуре и был менее точен; в выходном каскаде TL430 не было защитного диода. Выпускаемая в XXI веке микросхема TL432 представляет собой обычные кристаллы TL431, упакованные в корпуса для поверхностного монтажа с нестандартной цоколёвкой.

В 2015 году Texas Instruments анонсировала выпуск ATL431 — функционального аналога TL431, оптимизированного для работы в экономичных импульсных стабилизаторах. Рекомендованный минимальный ток катода ATL431 составляет всего 35 мкА против 1 мА у стандартной TL431 при тех же предельных значениях тока катода (100 мА) и напряжения анод-катод (36 В). Частота единичного усиления сдвинута вниз, до 250 кГц, чтобы подавить усиление высокочастотных помех. Совершенно иной вид имеют и графики граничных условий устойчивости: при малых токах и напряжении анод-катод 15 В схема абсолютно устойчива при любых значениях ёмкости нагрузки — при условии использования высококачественных малоиндуктивных конденсаторов. Минимальное рекомендованное сопротивление «антизвонного» резистора — 250 Ом против 1 Ом у стандартной TL431.

Помимо микросхем семейства TL431, по состоянию на 2015 год широко применялись всего лишь две интегральные схемы параллельных стабилизаторов, имеющие принципиально иную схемотехнику, опорные уровни и предельные эксплуатационные характеристики:

• Биполярная ИС LMV431 производства Texas Instruments имеет опорное напряжение 1,24 В и способна стабилизировать напряжения до 30 В при токе катода от 80 мкА до 30 мА;
• Низковольтная КМОП-микросхема NCP100 производства On Semiconductor имеет опорное напряжение 0,7 В и способна стабилизировать напряжения до 6 В при токе катода от 100 мкА до 20 мА.

Схемотехника устройств на LMV431 и NCP100 аналогична схемотехнике устройств на TL431.

Несколько распространенных способов использования TL431

Основная функция TL431 — обеспечить более стабильное напряжение в цепи TL431 — это более точный управляемый источник стабилизатора напряжения со специальным динамическим сопротивлением. Его скорость динамического отклика высокая, выходной шум низкий, а цена невысока.

Обратите внимание, что приведенное выше предложение кратко охарактеризовано как дешевый прецизионный источник стабилизатора напряжения TL431.

Выходное напряжение TL431 может быть произвольно установлено наНапряжение от 2,5 до 36 В, Рабочий ток можетОт 0,1 до 100 мА，Низкая пульсация выходного напряжения。

Недавно я рисовал плату управления полетом и видел схемы других людей, в которых есть эта схема. На рисунке ниже показана самая маленькая система stm32f407. Кажется, она стабилизирует напряжение до 3,3 В, потому что плата управления полетом питается от литиевых батарей и регуляторов скорости. Микроконтроллер запитан, поэтому его нужно регулировать.

На приведенном выше рисунке REF — это опорный вывод, анод — анод, а CATHODE — катод. Так как TL431 имеет свой собственный эталонный 2.5V источник, для соединения TL431 на рисунке (1), фиксированное значение напряжения выводится формула Расчета:. Vout = (R1 + R2) * 2,5 / R2 и значение R3 должно соответствовать 1мО <(Vcc-Vout) / R3 <500 мА. Когда значение R1 равно 0, R2 можно не указывать. В это время схема принимает форму, показанную на рисунке 2. TL431 эквивалентен лампе регулятора на 2,5 В.

TL431 также можно использовать для формирования амплитудного дискриминатора, как показано на рисунке 3. Эта схема выдает высокий Vout, когда входное напряжение Vin <(R1 + R2) * 2,5 / R2, в противном случае выходное напряжение близко к 2V. Следует отметить, что когда Vin колеблется в небольшом диапазоне около (R1 + R2) * 2,5 / R2, схема будет выдавать нестабильное значение.

TL431 можно использовать для повышения напряжения, близкого к заземлению, и его реверсирования. Как показано на рисунке (4), формула расчета выходной мощности выглядит следующим образом:Vout = ( (R1+R2)2.5 — R1Vin )/R2。

Когда R1 = R2, Vout = 5-Vin. Эту схему можно использовать для повышения напряжения, близкого к заземлению, до предварительно заданного диапазона.Единственное, что следует отметить, это то, что выходной диапазон TL431 не является полным.

Сам TL431 имеет довольно высокий коэффициент усиления (я примерно тестировал его при моделировании, он составляет около 46 дБ), поэтому его можно использовать в качестве усилителя.

На рисунке (5) показан усилитель постоянного напряжения, состоящий из TL431. Коэффициент усиления этой схемы определяется R1 и Rin, что эквивалентно контуру отрицательной обратной связи операционного усилителя, и его статическому выходному напряжению. Определяется R1 и R2. Преимущество этой схемы в том, что она имеет простую конструкцию, хорошую точность и стабильные статические характеристики. Недостатком является то, что входное сопротивление невелико, а размах Vout ограничен.

На рисунке (6) показан усилитель переменного тока, конструкция которого очень похожа на усилитель постоянного тока и имеет те же преимущества и недостатки.

На рисунке выше изображена схема шунтирующего стабилизатора большого тока.

Прецизионный выход 5 В

Интеллектуальная рекомендация

Обучение Sklearn Обучение (7) — Дерево решений, случайное лес

Древо решений Источником дерева решений очень прост, условия в разработке процесса являются структура IF — затем, и самое раннее дерево решений — это метод обучения классификации с использованием таки…

Несколько практических команд Linux в производственной среде (1)

 …

Android_servcie_ Сводка фоновой службы

Android предоставляет интерфейс пользователю через активность, и пользователь не может управлять приложением из интерфейса, когда приложение входит в фоновой основе. Но в некоторых сценариях пользоват…

Чарльз сбивает данные HTTP и HTTPS

1.

Использование Eclipse и советы: автоматическое добавление блоков try / catch

С точки зрения компилятора исключения в java можно разделить на два типа: проверенные исключения и непроверенные исключения. Для отмеченных исключений, таких как операции ввода-вывода, компилятор потр…

Вам также может понравиться

Распределение памяти серии Java

В этой статье кратко описывается механизм распределения памяти в Java. О распределении памяти в Java он обширен и глубок. Для конкретного содержания вам необходимо обратиться к конкретным материалам. …

Integrated Springmvc 5.0 Springdatajpa 2.0 Hibernate 5

Construction Springmvc 5.0 SpringDatajpa 2.0 Hibernate 5 2017 Последняя версия Больше сухих товаров Распределенный фактический бой (сухой товары) Фактическая боевая борьба с весенним облаком (сухой то. ..

Srpingboot + Redis redisTemplate сообщает об исключении нулевого указателя (введено как NULL)

Я узнал, когда сегодня интегрировал Springboot + redis для тестирования После проверки выяснилось, что контейнер не запускается, и простой тест не может быть внедрен. Добавить в тестовый класс   …

Общие рабочие команды GitHub

Новая кодовая база Конфигурация Файл настроек Git:.gitconfig, Он может находиться в домашнем каталоге пользователя (глобальная конфигурация) или в каталоге проекта (конфигурация проекта). Добавить все…

Резюме Java области выполнения

Фигура:      Программа Счетчик Регистрация: Это меньшее пространство памяти, который можно рассматривать как индикатор номер строки байт — кода , выполняемого посредством текущего …

Стабилизатор напряжения на TL431 — radiohlam.ru

Сегодня речь пойдёт о древней, но до сих пор широко используемой микросхеме TL431, которую иногда называют «интегральным» или «программируемым» стабилитроном.

Как видите, схема TL431 достаточно простая и состоит из источника опорного напряжения, операционного усилителя и транзистора. Идея здесь в том, чтобы регулировать степень открытия выходного транзистора при помощи операционника (в зависимости от напряжения на неинвертирующем входе, в то время как на инвертирующий вход подключен высокостабильный источник опорного напряжения). Похожие идеи я уже описывал в статьях про применение операционных усилителей, только в данном случае всё реализовано в одном корпусе в виде интегральной микросхемы. Выпускается эта микруха в самых разных корпусах: TO-92, SOT-23, SOT-25, SOT-89 и других.

Основные характеристики:

• Опорное напряжение: 2,5 Вольта
• Максимальное входное напряжение: 36 Вольт
• Рабочий ток: 1..100 мА

Подробные характеристики можно найти в даташите, а мы переходим к сути вопроса, — как сделать на этой микросхеме стабилизатор напряжения.

Схема:

В этой схеме: I_н — ток нагрузки, I_к — ток коллектора выходного транзистора TL431, I_ref — входной ток встроенного в TL431 операционника, R₁, R₂ — сопротивления делителя напряжения, которым задаётся выходное напряжение. R — балластный резистор, на котором гасятся излишки напряжения, V_ref — опорное напряжение стабилизатора (входное напряжение микросхемы, которое внутри сравнивается со стабильным опорным напряжением).

Принцип действия: величина выходного напряжения зависит от падения напряжения на резисторе R, которое, в свою очередь, зависит от тока через этот резистор. Ток через резистор R складывается из тока нагрузки (I_н) и тока через выходной транзистор микрухи (I_к). Есть ещё ток делителя R₁R₂, но резисторы делителя подбираются таким образом, чтобы этим током можно было пренебречь. Если по какой-либо причине выходное напряжение увеличивается, то увеличивается и напряжение, подаваемое с делителя на вход TL431. В ответ на это микруха начинает сильнее открывать свой выходной транзистор, увеличивая ток I_к, а значит и суммарный ток через R. В результате падение напряжения на резисторе R увеличивается, а выходное напряжение — уменьшается. В случае уменьшения выходного напряжения меньше заданного всё происходит наоборот, — микруха прикрывает свой выходной транзистор, уменьшая суммарный ток через балластный резистор, а следовательно и падение напряжения на нём, в результате чего выходное напряжение увеличивается до заданного уровня.

Математически это описывается вот такой формулой: V_out=V_ref*(1+R₁/R₂)

Пара важных замечаний, про которые никто кроме родного даташита не пишет.

1. Для того, чтобы можно было не учитывать ток делителя — нужно чтобы он был значительно меньше суммы токов I_н и I_к. В то же время, чтобы выходное напряжение делителя не зависело от входного тока микросхемы через ногу V_ref — нужно, чтобы ток делителя был на пару порядков больше этого входного тока. Эти рамки определяют допустимый диапазон номиналов резисторов делителя.

Давайте попробуем эти номиналы прикинуть. Если ток нагрузки будет изменяться от нуля до максимума, то минимальный ток через резистор будет определяться минимальным током микрухи, то есть 1 мА. Максимальный входной ток I_ref = 2 мкА. Найти значение, которое во столько же раз меньше, чем I_к, во сколько раз I_к меньше чем I_ref можно из простого уравнения:

I_к / X = X / I_ref

X = √(I_к * I_ref) =√2000 = 44

Для ровного счёта возьмём значение 50 мкА. Это в 20 раз меньше минимального рабочего тока и чуть более чем в 20 раз больше входного тока микрухи. То есть, скажем, для выходного напряжения 5 Вольт сумма номиналов резисторов должна составлять порядка 100 кОм (обычно берут меньше, поскольку во-первых входной ток микрухи оказывает более сильное влияние на результат, а во-вторых минимальный рабочий ток обычно чуть больше — 4-5 мА).

2. Если вы попытаетесь запитать таким стабилизатором какой-нибудь ultra low power контроллер, то скорее всего по питанию у него будет висеть конденсатор 0,1 мкФ. Так вот, в даташите на TL431 есть график, показывающий области устойчивой работы микросхемы при различных емкостных нагрузках. И там пик неустойчивой работы приходится как раз на область в районе 0,1 мкФ. Этот график обязательно нужно учитывать, иначе микруха будет возбуждаться и ничего нормально работать не будет. Тут лучше как с классическими советсткими КРЕНками повесить на выходе два кондёра — керамику 0,01 мкФ + электролит 10 мкФ.

Ну и теперь самое интересное, — расчёты:

• Сопротивление балластного резистора R и максимальный ток нагрузи рассчитываются, исходя из следующей системы уравнений:
  (1) V_{in min} — V_out = (I_{к min} + I_{н max}) * R
  (2) V_{in max} — V_out = (I_{к max} + I_{н min}) * R
• Уравнение для расчёта резисторов делителя:
  (3) R₁/R₂ = V_out / 2,5 -1

Для примера, давайте посчитаем какой максимальный ток можно получить от стабилизатора на TL431 с входным напряжением 5-32 Вольта и выходным 3,3 Вольта. При этом будем считать, что минимальный ток нагрузки равен нулю. (Пример реальный, был один проект, в котором предлагалось контроллер запитать вот по такой схеме).

Для начала посчитаем резисторы делителя. Если аналогично расчётам выше считать, что ток делителя должен быть порядка 50 мкА, то получим желаемое суммарное сопротивление резисторов делителя в районе 66 кОм. При этом их соотношение, исходя из формулы 3 должно быть равно 3,3/2,5 — 1 = 0,32. Если взять R2 = 47 кОм, то для R1 получаем 15,04 кОм. То есть можно смело брать 15 и даже не проверять обратным расчётом, что там будет с точностью, настолько незначительно расчётное значение отличается от стандартного. Суммарное сопротивление при этом получается 62 кОм, что вполне нам подходит.

Теперь из формулы 2 посчитаем сопротивление R, с учётом того, что минимальный ток нагрузки у нас ноль, а максимальное входное напряжение 32 Вольта. Получается:
R = (32 — 3,3)/100 = 287 Ом. Возьмём ближайшее большее стандартное — 300 Ом (Меньше брать не стоит, поскольку в этом случае максимальный ток получится больше допустимого. Все резисторы нужно брать с точностью 1%).

Осталось из формулы 1 посчитать максимальный ток нагрузки:

Iн max = (5 — 3,3)*1000/300 — 1 = 4,6 мА

Ну и на последок, давайте попробуем прикинуть КПД такой схемы. КПД посчитаем при максимальном токе нагрузки для двух крайних точек входного напряжения. Полезную мощность, понятно, можно вычислить как произведение выходного напряжения на выходной ток, а общую можно найти как произведение входного напряжения на общий входной ток. При этом общий входной ток можно вычислить как (Uin — Uout)/R (у нас же весь ток через балластный резистор течёт).

Учитывая всё сказанное, получим:

— для минимального входного напряжения:

n = (R*U_out*I_{н max})/U_{in min}*(U_{in min} — U_out)

n = (300*3,3*4,6)/(5*(5-3,3)*1000) = 0,506

— для максимального входного напряжения:

n = (R*U_out*I_{н max})/U_{in max}*(U_{in max} — U_out)

n = (300*3,3*4,6)/(32*(32-3,3)*1000) = 0,005

Как видите, даже в лучшем случае мы получили КПД в районе 50%. Более того, на балластном резисторе в худшем случае нужно будет рассеивать (32 — 3,3)²/300 = 2,75 Вт тепла. Да, да, — ради жалких 4,5 мА полезного тока почти 3 Вт тепла.

Какой вывод мы должны из всего этого сделать? Вывод прост, — если вам нужна хоть сколько-нибудь значимая выходная мощность — гораздо эффективнее сделать push-pull и не заниматься ерундой. Благо dc/dc сейчас полно даже в совсем мелких корпусах, типа SOT-23. Учитывая замену 3-х ваттного резистора push-pull может даже и места меньше займёт.

P.S. А, да, чуть не забыл. Бывают же ещё схемы с умощнением TL-ки внешним транзистором. Ну, тут как бы всё просто — получится просто ещё более мощный кипятильник.

TL431 — Википедия

TL431 — интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА. Типичное отклонение фактической величины опорного напряжения^[⇨] от паспортного значения измеряется единицами мВ, предельно допустимое отклонение составляет несколько десятков мВ^[⇨]. Микросхема хорошо подходит для управления мощными транзисторами; её применение в связке с низковольтными МДП-транзисторами позволяет создавать экономичные линейные стабилизаторы с особо низким падением напряжения^[⇨]. В схемотехнике импульсных преобразователей напряжения TL431 — фактический отраслевой стандарт усилителя ошибки стабилизаторов с оптронной развязкой входных и выходных цепей^[⇨].

TL431 впервые появилась в каталогах Texas Instruments в 1977 году^[1][2]. В XXI веке TL431 и её функциональные аналоги выпускаются множеством производителей в различных вариантах (TL432, ATL431, KA431, LM431, TS431, 142ЕН19 и другие), различающихся топологиями кристаллов, точностными и частотными характеристиками, минимальными рабочими токами и областями безопасной работы^[⇨].

Содержание

• 1 Устройство и принцип действия
• 2 Точностные характеристики
• 3 Частотные характеристики
• 4 Применение
  • 4. 1 Линейные стабилизаторы напряжения
  • 4.2 Импульсные стабилизаторы напряжения
  • 4.3 Компараторы напряжения
  • 4.4 Недокументированные режимы
• 5 Нестандартные варианты и функциональные аналоги
• 6 Примечания
• 7 Литература

Устройство и принцип действия

Принципиальная схема. Напряжения на внутренних узлах указаны для режима стабилизации при U_КA=7 В^[3]

Зависимость тока катода от управляющего напряжения в области порога переключения^[4]

TL431 — трёхвыводной пороговый элемент, построенный на биполярных транзисторах — своего рода аналог идеального транзистора c порогом переключения ≈2,5 В. «База», «коллектор» и «эмиттер» TL431 традиционно именуются соответственно управляющим входом (R), катодом (C) и анодом (A). Положительное управляющее напряжение U_ref прикладывается между управляющим входом и анодом, а выходным сигналом служит ток катод-анод I_KA^[5].

Функционально, на уровне абстракции, TL431 содержит источник опорного напряжения ≈2,5 В и операционный усилитель, сравнивающий U_ref с опорным напряжением на виртуальном внутреннем узле^[6]. Физически обе функции плотно, неразрывно интегрированы во входных каскадах TL431. Виртуальный опорный уровень ≈2,5 В не вырабатывается ни в одной точке схемы: действительным источником опорного напряжения служит бандгап Видлара на транзисторах Т3, Т4 и Т5, вырабатывающий напряжение ≈1,2 В, и оптимизированный для работы в связке с эмиттерными повторителями Т1 и T6^[7]. Дифференциальный усилитель образуют два встречно включённых источника тока на транзисторах T8 и T9: положительная разница между токами коллекторов T8 и T9, ответвляющаяся в базу T10, управляет выходным каскадом^[3]. Выходной каскад TL431, непосредственно управляющий током нагрузки — транзистор Дарлингтона npn-структуры с открытым коллектором, защищённый обратным диодом. Каких-либо средств защиты от перегрева или перегрузки по току не предусмотрено^[3][8].

Если U_ref не превышает порога переключения, то выходной каскад закрыт, а управляющие им каскады потребляют в покое ток типичной величиной 100…200 мкА. С приближением U_ref к порогу переключения ток, потребляемый управляющими каскадами, достигает величины порядка 300…500 мкА, при этом выходной каскад остаётся закрытым. После превышения порога выходной каскад плавно открывается, I_KA нарастает с крутизной примерно 30 мА/В^[9]. Когда U_ref превысит порог примерно на 3 мВ, а I_KA достигнет примерно 500…600 мкА, крутизна скачкообразно возрастает до примерно 1 А/В^[9]. С достижением номинальной крутизны, типичное значение которой составляет 1…1,4 А/В, схема выходит на режим стабилизации^[9], в котором ведёт себя подобно классическому преобразователю дифференциального напряжения в ток^[10]. Рост тока прекращается тогда, когда управляющее напряжение стабилизируется действием петли отрицательной обратной связи, включённой между катодом и управляющим входом^[4][11]. Установившееся при этом значение U_ref≈2,5 В и называется опорным (U_REF)^[11]. В менее распространённом релейном режиме (режиме компаратора) петля ООС отсутствует, а рост тока ограничен лишь характеристиками источника питания и нагрузки^[8].

Стабилизаторы на TL431 проектируются таким образом, чтобы микросхема всегда работала в активном режиме с высокой крутизной; для этого I_KA не должен опускаться ниже 1 мА^[5][4][12]. С точки зрения устойчивости петли управления может оказаться целесообразным увеличить минимальный ток ещё больше, до 5 мА^[13], но на практике это противоречит требованиям к экономичности стабилизатора^[4]. Втекающий ток управляющего входа I_ref во всех режимах примерно постоянен, его типичная величина составляет 2 мкА. Производитель рекомендует проектировать входную цепь TL431 таким образом, чтобы гарантировать I_ref не менее 4 мкА; эксплуатация микросхемы с «висящим» управляющим входом не допускается^[14][8]. Обрыв или замыкание на землю любого из выводов, а также короткое замыкание любых двух выводов не способны разрушить TL431, но делают устройство в целом неработоспособным^[15].

Точностные характеристики

Зависимость опорного напряжения от температуры. Допустимые интервалы технологического разброса и температурного дрейфа для наименее точного варианта с начальным отклонением ±2 %^[16]

Паспортная величина опорного напряжения U_REF=2,495 В определяется и тестируется заводом-изготовителем при токе катода 10 мА, замыкании управляющего входа на анод и температуре окружающей среды +25 °C^[14][17]. Порог переключения (точка В на передаточной характеристике) и порог перехода в режим высокой крутизны (точка С) не нормируются^[9]. Фактическое опорное напряжение, которое устанавливает конкретный экземпляр TL431 в конкретной схеме, может быть и больше, и меньше паспортного, в зависимости от четырёх факторов:

• Технологический разброс. Допустимый разброс U_REF при нормальных условий составляет для различных серий TL431 не более ±0,5 %, не более ±1 % или не более ±2 %^[5];
• Температурный дрейф. Зависимость опорного напряжения бандгапа от температуры имеет форму плавного горба. Если характеристики конкретной микросхемы точно соответствуют конструкторскому расчёту, то вершина горба наблюдается при температуре около +25°С, а U_REF при нормальных условиях точно равно 2,495 В; выше и ниже отметки +25°С U_REF плавно снижается на несколько мВ. Для микросхем с заметным отклонением характеристик от расчётных горб сдвигается в области высоких или низких температур, а сама зависимость может принимать монотонно спадающий или монотонно возрастающий характер. Отклонение фактического U_REF от паспортных 2,495 В во всех случаях не превышает нескольких десятком мВ^[18][16];
• Влияние напряжения анод-катод (U_KA). С ростом U_KA опорное напряжение TL431, необходимое для поддержания фиксированного тока катода, снижается с типичной скоростью в 1,4 мВ/В (но не более 2,7 мВ/В)^[17]. Величина, обратная этому показателю — примерно 300…1000 (50…60 дБ) — есть предельно возможный коэффициент усиления схемы по напряжению в области низких частот^[19];
• Влияние тока катода. С ростом тока катода, при прочих равных условиях, U_REF возрастает со скоростью примерно 0,5…1 мВ/мА, что соответствует крутизне преобразования в 1…2 А/В^[10][9].

Частотные характеристики

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) TL431, скомпенсированная встроенной миллеровской ёмкостью выходного каскада^[8], в первом приближении описывается уравнением фильтра нижних частот первого порядка; простейшая частотно-зависимая модель схемы состоит из идеального преобразователя напряжения в ток, выход которого зашунтирован ёмкостью в 70 нФ^[19]. При работе на типичную резистивную нагрузку сопротивлением 230 Ом спад АЧХ стандартной TL431 начинается на отметке 10 кГц^[19], а расчётная частота единичного усиления, не зависящая от сопротивления нагрузки, составляет около 2 МГц^[20]. Из-за явлений второго порядка АЧХ в области высших частот спадает быстрее, чем предсказывает модель, поэтому реальная частота единичного усиления составляет всего 1 МГц; на практике это различие не имеет значения^[20].

Скорости нарастания и спада I_KA, U_KA и время установления U_REF не нормируются. По данным Texas Instruments, при включении питания U_KA быстро возрастает до ≈2 В, и временно, примерно на 1 мкс, останавливается на этом уровне. Затем в течение примерно 0,5…1 мкс происходит заряд встроенной ёмкости, и на катоде устанавливается постоянное стабилизированное U_KA^[21].

Шунтирование анода и катода TL431 ёмкостью может приводить к самовозбуждению^[22]. При малых (не более 1 нФ) и при больших (свыше 10 мкФ) ёмкостях TL431 устойчива; в области 1 нФ…10 мкФ самовозбуждение вероятно^[23][24]. Ширина области неустойчивости зависит от сочетания I_KA и U_KA. Наихудшим с точки зрения устойчивости является сочетание малых токов и малых напряжений; напротив, при больших токах и напряжениях, когда рассеиваемая микросхемой мощность приближается к предельной величине, TL431 становится абсолютно устойчивой^[25]. Однако даже стабилизатор относительно высокого напряжения может самовозбуждаться при включении, когда напряжение на катоде ещё не поднялось до штатного уровня^[23].

Публикуемые в технической документации графики граничных условий устойчивости^[14] являются, по признанию самой Texas Instruments, неоправданно оптимистичными^[25]. Они описывают «типичную» микросхему при нулевом запасе по фазе^[en], тогда как на практике следует ориентироваться на запас по фазе не менее 30°^[25]. Для подавления самовозбуждения обычно достаточно включить между анодом TL431 и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление в 1…1000 Ом; его минимальная величина определяется сочетанием ёмкости нагрузки, I_KA и U_KA^[26].

Применение

Линейные стабилизаторы напряжения

Базовые конфигурации линейных стабилизаторов на TL431. RB — балластное сопротивление, RA — антизвонное сопротивление, изолирующее катод TL431 от ёмкости затвора МДП-транзистора, ΔU — дополнительный источник питания затвора

В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в функциональный аналог стабилитрона с фиксированным опорным напряжением ≈2,5 В. Типичное внутреннее сопротивление такого «стабилитрона» на частотах до 100 кГц составляет примерно 0,2 Ом; в диапазоне частот 100 кГц…10 МГц оно монотонно возрастает до примерно 10 Ом^[27]. Для стабилизации бо́льших напряжений управляющий вход TL431 подключается к резистивному делителю R2R1, включённому между катодом и анодом. Стабилизируемое напряжение анод-катод и внутренее сопротитвление такого «стабилитрона» возрастают в (1+R2/R1){\displaystyle (1+R2/R1)} раз^[28]. Предельно допустимое напряжение стабилизации не должно превышать +36 В, предельно допустимое напряжение на катоде ограничено +37 В^[29]. Изначально именно это включение TL431 было основным: микросхема позиционировалась на рынке как экономичная альтернатива дорогим прецизионным стабилитронам^[30].

Дополнение схемы параллельного стабилизатора эмиттерным повторителем, включённым в петлю обратной связи, превращает её в последовательный стабилизатор. Обычные или составные транзисторы npn-структуры, используемые в качестве проходных вентилей, работоспособны лишь при достаточно высоком падении напряжения между входом и выходом, что снижает коэффициент полезного действия стабилизатора^[31]. Проходные транзисторы pnp-структуры в режиме насыщения работоспособны при напряжениях коллектор-эмиттер до ≈0,25 В, но при этом требуют высоких управляющих токов, что вынуждает использовать составные транзисторы с минимальным падением напряжения 1 В и выше^[31]. Наименьшее падение напряжения достигается при использовании мощных МДП-транзисторов^[31]. Стабилизаторы с истоковыми повторителями схемотехнически просты, устойчивы, экономичны, но требуют дополнительного источника питания затворов МДП-транзисторов (ΔU на иллюстрации)^[31].

Импульсные стабилизаторы напряжения

Типичное включение TL431 в импульсном стабилизаторе напряжения^[32][33]

Прецизионные источник^[34] и ограничитель^[35] тока

TL431, нагруженная на светодиод оптрона — фактический отраслевой стандарт усилителя ошибки в бытовых импульсных преобразователях напряжения^[10][12][11]. Делитель напряжения R1R2, задающий напряжение на управляющем входе TL431, и катод светодиода подключаются к выходу преобразователя, а фототранзистор оптрона — к управляющему входу ШИМ-контроллера его первичной цепи. Для того, чтобы минимальный ток катода TL431 не опускался ниже 1 мА, светодиод оптрона шунтируют резистором R3 величиной порядка 1 кОм^[4][36]. Например, в типичном импульсном блоке питания ноутбука, по данным 2012 года, средний I_KA равен 1,5 мА, из которых 0,5 мА протекают через светодиод, а 1 мА — через шунт^[4].

Проектирование эффективных, но устойчивых цепей частотной компенсации таких стабилизаторов — непростая задача^[37]. В простейшей конфигурации компенсация возлагается на интегрирующую цепь C1R4^[37]. Помимо этой цепи, выходного сглаживающего фильтра преобразователя и самой микросхемы, в схеме неявно присутствует ещё одно частотнозависимое звено, с частотой среза порядка 10 кГц — выходная ёмкость фототранзистора в связке с сопротивлением его коллекторной нагрузки^[38]. При этом через микросхему одновременно замыкаются две петли обратной связи: основная, медленная петля замыкается через делитель на управляющий вход TL431; побочная, быстрая (англ. fast lane) замыкается через светодиод на катод TL431^[39]. Быструю петлю можно разорвать, например, зафиксировав напряжение на катоде светодиода стабилитроном^[40] или подключив катод светодиода к отдельному фильтру^[41].

Компараторы напряжения

Базовая конфигурация компаратора с фиксированным порогом переключения и её производные — простейшее реле времени и монитор напряжения с каскадным включением двух компараторов

Простейшая схема компаратора на TL431 требует единственного резистора, ограничивающего предельный ток катода на рекомендованном уровне 5 мА^[42]. Меньшие значения возможны, но нежелательны из-за затягивания времени переключения из открытого (логический ноль) в закрытое (логическая единица) состояние^[42]. Время переключения из закрытого в открытое состояние зависит от величины превышения U_ref над порогом переключения: чем больше превышение, тем быстрее срабатывает компаратор. Оптимальная скорость переключения достигается при десятипроцентном превышении, при этом выходное сопротивление источника сигнала не должно превышать 10 кОм^[42]. В полностью открытом состоянии U_KA опускается до 2 В, что согласуется с уровнями ТТЛ и КМОП при напряжениях питания 5 В и выше^[43]. Для согласования TL431 с низковольтной КМОП-логикой необходимо использовать внешний делитель напряжения^[43] или заменить TL431 на микросхему-аналог с меньшим порогом переключения, например TLV431^[44][⇨].

Компараторы и логические инверторы на TL431 легко стыкуются между собой по принципам релейной логики. Например, в приведёной схеме монитора напряжения выходной каскад открывается, а выходной сигнал принимает значение логического нуля тогда, и только тогда, когда входное напряжение U_BX укладывается в интервал

UREF(1+R3/R4)<UBX<UREF(1+R1/R2){\displaystyle U_{REF}(1+R3/R4)<U_{BX}<U_{REF}(1+R1/R2)}^[45]

Схема работоспособна, если условие R1/R2>R3/R4{\displaystyle R1/R2>R3/R4} выполняется с достаточным запасом^[45].

Недокументированные режимы

В радиолюбительской прессе неоднократно публиковались конструкции усилителей напряжения низкой частоты на TL431 — как правило, неудачные^[46]. Стремясь подавить нелинейность микросхемы, конструкторы увеличивали глубину обратной связи и тем самым снижали коэффициент усиления до нецелесообразно низких значений^[46]. Стабилизация режима работы усилителей на TL431 также оказалась непростой задачей^[46].

Склонность TL431 к самовозбуждению можно использовать для построения генератора, управляемого напряжением на частоты от нескольких кГц до 1,5 МГц^[47]. Частотный диапазон такого генератора и характер зависимости частоты от управляющего напряжения сильно зависят от используемой серии TL431: одноимённые микросхемы разных производителей в этом недокументированном режиме не взаимозаменяемы^[47]. Пара TL431 может быть использована и в схеме астабильного мультивибратора на частоты от долей Гц до примерно 50 кГц^[48]. В этой схеме TL431 также работают в недокументированном режиме: токи заряда времязадающих ёмкостей протекают через диоды, защищающие управляющие входы (T2 на принципиальной схеме)^[48].

Нестандартные варианты и функциональные аналоги

Микрофотографии кристаллов TL431 трёх разных производителей в одном масштабе. Крупнейшая светлая область каждого кристалла — ёмкость частотной компенсации, крупная гребёнчатая структура рядом с ней — выходной транзистор, группы «лишних» контактных площадок — технологические контакты для ступенчатой подстройки на заводе-изготовителе

Микросхемы различных производителей, выпускаемые под именем TL431 или под близкими к нему именами (KA431, TS431 и т. п.), могут существенно отличаться от оригинальной TL431 производства Texas Instruments. Иногда различия вскрываются лишь опытным путём, при испытаниях ИС в недокументированных режимах^[47]; иногда они явно декларируются в документации производителей. Так, TL431 производства Vishay отличается аномально высоким, порядка 75 дБ, коэффициентом усиления напряжения на низких частотах^[19]. Спад коэффициента усиления этом ИС начинается на отметке 100 Гц^[19]. В диапазоне частот свыше 10 кГц частотная характеристика TL431 Vishay приближается к стандарту; частота единичного усиления, около 1 МГц, совпадает со стандартной^[19]. Микросхема ШИМ-контроллера SG6105 содержит два независимых стабилизатора, заявленные как точные аналоги TL431, но их предельно допустимые I_KA и U_KA составляют лишь 16 В и 30 мА; точностные характеристики этих стабилизаторов заводом-изготовителем не тестируются^[49].

Микросхема TL430 — исторический функциональный аналог TL430 c опорным напряжением 2,75 В и предельно допустимым током катода 150 мА, выпускавшийся Texas Instruments только в корпусе для монтажа в отверстия^[50]. Встроенный бандгап TL430, в отличие от одновременно выпущенной TL431, не был скомпенсирован по температуре и был менее точен; в выходном каскаде TL430 не было защитного диода^[51]. Выпускаемая в XXI веке микросхема TL432 представляет собой обычные кристаллы TL431, упакованные в корпуса для поверхностного монтажа с нестандартной цоколёвкой^[52].

В 2015 году Texas Instruments анонсировала выпуск ATL431 — функционального аналога TL431, оптимизированного для работы в экономичных импульсных стабилизаторах^[53]. Рекомендованный минимальный ток катода ATL431 составляет всего 35 мкА против 1 мА у стандартной TL431, при тех же предельных значениях тока катода (100 мА) и напряжения анод-катод (36 В)^[54]. Частота единичного усиления сдвинута вниз, до 250 кГц, чтобы подавить усиление высокочастотных помех^[54]. Совершенно иной вид имеют и графики граничных условий устойчивости: при малых токах и напряжении анод-катод 15 В схема абсолютно устойчива при любых значениях ёмкости нагрузки — при условии использования высококачественных малоиндуктивных конденсаторов^[55][56]. Минимальное рекомендованное сопротивление «антизвонного» резистора — 250 Ом против 1 Ом у стандартной TL431^[57].

Помимо микросхем семейства TL431, по состоянию на 2015 год широко применялись всего лишь две интегральные схемы параллельных стабилизаторов, имеющие принципиально иную схемотехнику, опорные уровни и предельные эксплуатационные характеристики^[58]:

• Биполярные ИС LMV431 и TLV431 производства Texas Instruments имеет опорное напряжение 1,24 В и способна стабилизировать напряжения до 30 В при токе катода от 80 мкА до 30 мА^[59][60];
• Низковольтная КМОП-микросхема NCP100 производства On Semiconductor имеет опорное напряжение 0,7 В и способна стабилизировать напряжения до 6 В при токе катода от 100 мкА до 20 мА^[61][62].
  

Схемотехника устройств на LMV431 и NCP100 аналогична схемотехнике устройств на TL431^[58].

Примечания

1. ↑ The voltage regulator handbook / ed. J. D. Spencer, D. E. Pippinger. — Texas Instruments, 1977. — P. 82, 86, 132. — 198 p. — ISBN 9780895121011.
2. ↑ Первая техническая документация на серийные TL431 датирована июлем 1978 года. См. TL431, TL431A Precision Shunt Regulators // Texas Instruments Datasheet. — 1999. — Июль (№ SLVS005J).
3. ↑ ^{1 2 3} Basso, 2012, p. 384.
4. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Basso, 2012, p. 388.
5. ↑ ^{1 2 3} Texas Instruments, 2015, p. 19.
6. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 20: «virtual internal pin».
7. ↑ Basso, 2012, pp. 383, 385—386.
8. ↑ ^{1 2 3 4} Texas Instruments, 2015, p. 20.
9. ↑ ^{1 2 3 4 5} Basso, 2012, p. 387.
10. ↑ ^{1 2 3} Basso, 2012, p. 383.
11. ↑ ^{1 2 3} Zhanyou Sha, 2015, p. 154.
12. ↑ ^{1 2} Brown, 2001, p. 78.
13. ↑ Tepsa, Suntio, 2013, p. 93.
14. ↑ ^{1 2 3} Интегральные микросхемы, 1996, с. 221.
15. ↑ Zamora, Marco. TL431 Pin FMEA // Texas Instruments Application Report. — 2018. — Janyary (№ SNVA809). — P. 4.
16. ↑ ^{1 2} Texas Instruments, 2015, p. 14.
17. ↑ ^{1 2} Texas Instruments, 2015, pp. 5—13.
18. ↑ Camenzind, 2005, pp. 7—5, 7-6, 7-7.
19. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Tepsa, Suntio, 2013, p. 94.
20. ↑ ^{1 2} Schönberger, 2012, p. 4.
21. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 25.
22. ↑ Michallick, 2014, p. 1.
23. ↑ ^{1 2} TS431 Adjustable Precision Shunt Regulator // Taiwan Semiconductor Datasheet. — P. 3.
24. ↑ Michallick, 2004, p. 2.
25. ↑ ^{1 2 3} Michallick, 2014, p. 2.
26. ↑ Michallick, 2014, pp. 3—4.
27. ↑ Texas Instruments, 2015, pp. 5—13, 16.
28. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 24.
29. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 4.
30. ↑ Texas Instruments, 1985, p. 6.22.
31. ↑ ^{1 2 3 4} Dubaishi, A. AN-970. Силовые полевые транзисторы в линейных стабилизаторах с малым падением напряжения // Силовые полупроводниковые приборы. — Воронеж: ТОО МП Элист, 1995. — С. 375—376.
32. ↑ Basso, 2012, p. 393.
33. ↑ Ridley, 2015, pp. 1, 2.
34. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 29.
35. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 28.
36. ↑ Basso, 2012, p. 392.
37. ↑ ^{1 2} Ridley, 2015, p. 2.
38. ↑ Ridley, 2015, p. 3.
39. ↑ Basso, 2012, pp. 396—397.
40. ↑ Basso, 2012, pp. 397—398.
41. ↑ Ridley, 2015, p. 4.
42. ↑ ^{1 2 3} Texas Instruments, 2015, p. 22.
43. ↑ ^{1 2} Texas Instruments, 2015, p. 23.
44. ↑ Rivera-Matos, 2018, p. 1.
45. ↑ ^{1 2} Rivera-Matos, 2018, p. 3
46. ↑ ^{1 2 3} Field, I. Electret Mic Booster // Elektor. — 2010. — № 7. — P. 65—66.
47. ↑ ^{1 2 3} Ocaya, R. O. VCO using the TL431 reference // EDN Network. — 2013. — № October 10.
48. ↑ ^{1 2} Clements, G. TL431 Multivibrator // Elektor. — 2009. — № July/August. — P. 40—41.
49. ↑ SG6105 Power Supply Supervisor + Regulator + PWM // System General Product Specification. — 2004. — April 07. — P. 1, 5, 6.
50. ↑ TL430 Adjustable Shunt Regulator // Texas Instruments Datasheet. — 2005. — Январь (№ SLVS050D).
51. ↑ Texas Instruments, 1985, p. 6.21.
52. ↑ Texas Instruments, 2015, p. 1.
53. ↑ Leverette, 2015, p. 2.
54. ↑ ^{1 2} Leverette, 2015, p. 3.
55. ↑ Leverette, 2015, p. 4.
56. ↑ Texas Instruments, 2016, pp. 7, 8.
57. ↑ Texas Instruments, 2016, p. 17.
58. ↑ ^{1 2} Zhanyou Sha, 2015, p. 153.
59. ↑ Zhanyou Sha, 2015, p. 157.
60. ↑ LMV431x Low-Voltage (1.24-V) Adjustable Precision Shunt Regulators. Texas Instruments (2014).
61. ↑ Zhanyou Sha, 2015, p. 155.
62. ↑ NCP100: Sub 1.0 V Precision Adjustable Shunt Regulator. On Semiconductor (2009).

Литература

• Интегральные микросхемы. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. — М.: Додэка, 1996. — ISBN 5878350211.
• Basso, C. Chapter 7. TL431-based Compensators // Designing Control Loops for Linear and Switching Power Supplies. — Artech House, 2012. — P. 383—454. — ISBN 9781608075577.
• Brown, M. Power Supply Cookbook.  — Newnes. — 2001. — (EDN Series for Design Engineers). — ISBN 9780080480121.
• Camenzind, H. Designing Analog Circuits. — Virtualbookworm Publishing, 2005. — 244 p. — ISBN 9781589397187.
• Leverette, A. Designing with the «Advanced» TL431, ATL431 // Texas Instruments Application Report. — 2015. — Июнь (№ SLVA685). — P. 1—7.
• Michallick, R. Understanding Stability Boundary Conditions Charts in TL431, TL432 Data Sheet // Texas Instruments Application Report. — 2014. — Январь (№ SLVA482A). — P. 1—6.
• Ridley, R. Designing with the TL431 — the first complete analysis // Switching Power Magazine. — 2008. — № August 1. — P. 1—5.
• Ridley, R. Using the TL431 in a Power Supply // Power Systems Design Europe. — 2007. — Июнь. — P. 16—18.
• Rivera-Matos, R. and Than, E. Using the TL431 as a Voltage Comparator // Texas Instruments Application Report. — 2018. — Январь (№ SLVA987). — P. 1—4.
• Schönberger, J. Design of a TL431-Based Controller for a Flyback Converter. — Plexim GMBH, 2012.
• Tepsa, T., Suntio, T. Adjustable Shunt Regulator Based Control Systems // IEEE Power Electronics Letters. — 2013. — Vol. 1. — P. 93—96.
• Linear and Interface Circuit Application. Volume I: Amplifiers, Comparators, Timers, Voltage Regulators / Ed. D. E. Pippinger and E. J. Tobaben. — Texas Instruments, 1985.
• TL43xx Precision Programmable Reference // Texas Instruments Datasheet. — 2015. — Январь (№ SLVS543O).
• ATL431, ATL432 2.5-V Low Iq Adjustable Precision Shunt Regulator // Texas Instruments Datasheet. — 2016. — Октябрь (№ SLVSCV5D).
• Zhanyou Sha et al. Optimal Design of Switching Power Supply. — Wiley, 2015. — ISBN 9781118790946.

Светлый угол — светодиоды • Простой источник тока

Re: Простой источник тока

изобретатель » 04 фев 2012, 21:26

Хм, TL431 не судьба ипользовать?

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str. ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

TzelTavr » 05 фев 2012, 00:27

Схемку в студию.

Все глупости на свете делаются с серьезным выражением лица (с)

TzelTavr

Искра знания

 

Сообщений: 675

Зарегистрирован: 18 авг 2011, 00:24

Откуда: Москва

Благодарил (а): 15 раз.

Поблагодарили: 36 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

Вован11 » 05 фев 2012, 00:56

Вроде так будет. . Лишь бы питающего напряжения хватило…

Вложения

Вован11

Прожектор

 

Сообщений: 169

Зарегистрирован: 01 фев 2012, 12:38

Откуда: Вологда

Благодарил (а): 4 раз.

Поблагодарили: 2 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

TzelTavr » 05 фев 2012, 01:37

Можно и так … вот только у TL431 температурный дрейф дюже хитрый — он неравномерный : по мере роста температуры V_ref сначала возрастает, потом падает. И транзисторам VT1 и VT2 нужны бы по резистору в цепях база-эмиттер — в дарлинге они уже стоят внутри и их нужно учитывать при расчетах.

Все глупости на свете делаются с серьезным выражением лица (с)

TzelTavr

Искра знания

 

Сообщений: 675

Зарегистрирован: 18 авг 2011, 00:24

Откуда: Москва

Благодарил (а): 15 раз.

Поблагодарили: 36 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

Вован11 » 05 фев 2012, 01:47

Это так, упрощеный вариант… Такой микрухи не встречал ни разу…
Кстати сказать в токовых стабилизаторах, я лично, не особо рьяно применяю транзисторы Дарлингтона. Не очень, чего-то, у меня получалось.. Стараюсь составные из одиночных набирать…

Вован11

Прожектор

 

Сообщений: 169

Зарегистрирован: 01 фев 2012, 12:38

Откуда: Вологда

Благодарил (а): 4 раз.

Поблагодарили: 2 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

skalinas » 07 фев 2012, 21:20

TzelTavr писал(а):Схемку в студию.

Примерно так.

Вложения

На вкус и свет товарищей нет

skalinas

Искра знания

 

Сообщений: 524

Зарегистрирован: 10 ноя 2010, 02:38

Откуда: Чебы

Благодарил (а): 14 раз.

Поблагодарили: 53 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

изобретатель » 07 фев 2012, 21:26

Схема замечательная, но слегка громоздкая, операционник тоже надо питать. Для светодиодов не требуется столь высокая стабильность тока, если только для фотометрии!

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

skalinas » 07 фев 2012, 21:44

изобретатель писал(а):Схема замечательная, но слегка громоздкая, операционник тоже надо питать. Для светодиодов не требуется столь высокая стабильность тока, если только для фотометрии!

Питание операционника не рисовал, да и операционник много не потребляет. Задача стояла, что бы на ключе было минимальное падение напряжения и можно герконом менять ток на светиках. Ток можно менять (уменьшать) подключая параллельно R2 дополнительные резисторы.

На вкус и свет товарищей нет

skalinas

Искра знания

 

Сообщений: 524

Зарегистрирован: 10 ноя 2010, 02:38

Откуда: Чебы

Благодарил (а): 14 раз.

Поблагодарили: 53 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

изобретатель » 07 фев 2012, 21:52

Дык я неспрста приводил пример TL431, у нее внутри источник опорного напряжения, операционный усилитель и выходной транзистор! Входные токи меньше миллиампера, можно любым герконом коммутировать задающий делитель. Схемы не привожу, в инете навалом можно найти. Я на этой микросхеме даже терморегулятор делал.

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

TzelTavr » 07 фев 2012, 21:55

Имхо, достаточно сложная схема была бы оправдана, если бы удалось устойчиво и стабильно получать очень малое падение напряжения ( порядка 0,1 вольта и меньше ) при точных регулировках сильных токов ( более 1-3 А ) через силовой выходной полевик . ..

Все глупости на свете делаются с серьезным выражением лица (с)

TzelTavr

Искра знания

 

Сообщений: 675

Зарегистрирован: 18 авг 2011, 00:24

Откуда: Москва

Благодарил (а): 15 раз.

Поблагодарили: 36 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

изобретатель » 07 фев 2012, 22:05

TzelTavr писал(а):Имхо, достаточно сложная схема была бы оправдана, если бы удалось устойчиво и стабильно получать очень малое падение напряжения ( порядка 0,1 вольта и меньше ) при точных регулировках сильных токов ( более 1-3 А ) через силовой выходной полевик …

Абсолютно абсурдное требование с учетом нестабильности источников питания как в электросети так и аккумуляторов и батарей!

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str. ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

TzelTavr » 07 фев 2012, 22:31

Да что ж у тебя все, чего не коснись, — «абсолютно абсурдное» ? …
Ну прям как у незабвенного Михаила Самуэлевича Паниковского — «Вы все — жалкие, ничтожные люди !»

Все глупости на свете делаются с серьезным выражением лица (с)

TzelTavr

Искра знания

 

Сообщений: 675

Зарегистрирован: 18 авг 2011, 00:24

Откуда: Москва

Благодарил (а): 15 раз.

Поблагодарили: 36 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

изобретатель » 07 фев 2012, 22:40

Без обид, у меня практическое отношение. Но разве не абсурдно добиваться падения на полевике 0,1В, когда снижение батареи в процессе эксплуатации 0,5-2 вольта?
В этом случае стабилизатор перестает выполнять свою функцию и попросту теряет смысл!

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

TzelTavr » 07 фев 2012, 23:07

Ситуации бывают разные . ..

Все глупости на свете делаются с серьезным выражением лица (с)

TzelTavr

Искра знания

 

Сообщений: 675

Зарегистрирован: 18 авг 2011, 00:24

Откуда: Москва

Благодарил (а): 15 раз.

Поблагодарили: 36 раз.

Вернуться наверх

Re: Простой источник тока

изобретатель » 07 фев 2012, 23:17

Мы здесь рассуждаем о практическом применении стабилизаторов тока для светодиодов, которые питаются не манной небесной, а реальным электропитанием с реальными отклонениями величины напряжений!

Нет ничего невозможного, если хорошо подумать
http://led-str.ru

изобретатель

Scio me nihil scire

 

Сообщений: 8038

Зарегистрирован: 01 сен 2010, 10:36

Откуда: Стерлитамак

Благодарил (а): 92 раз.

Поблагодарили: 416 раз.

• Сайт

Вернуться наверх

Вернуться в Питание и подключение светодиодов

Кто сейчас на форуме

Зарегистрированные пользователи: 3Dservice, Bing [Bot], Brumor, BVlad, comrad, Светочъ, ЕВ_гений, Google [Bot], Google Feedfetcher, ivanko, Ledsvet2017, mailru, Majestic-12 [Bot], mnv, ramsprint, Reneo, skaarjj, voxy2, Пашка177, Яндексбот



Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB

TL431 Постоянный втекающий ток \$\начало группы\$

Пользователь уже задавал вопрос об этом на TL431 Источник постоянного тока. Мой КОНКРЕТНЫЙ вопрос касается рисунка 29. Конечно, это не полная схема, поэтому я дополнил ее, чтобы понять, двумя резисторами R3 и R4 в качестве заполнителя для возможной «полезной схемы». И конечно, AM1 показывает, что ток через него примерно постоянен (я использую TINA(TM) de Texas Instruments). Также обратите внимание, что AM2 не является: Таким образом, общий эффект может быть достигнут без использования транзистора с одним диодом, как показано здесь:

И да, не показано, но AM1 все равно будет постоянным. На самом деле, если мы ничего не используем и нет связи между R3 и R4, AM1 остается постоянным, как и должно быть.

Итак, мой вопрос: какая польза от этого транзистора, так как он не помогает поглотить постоянный ток между R3 и R4 (что, как я думал, было целью строительного блока) и поскольку один диод может выполнять работу (хотя, возможно, с более высокими затратами энергии)?

Обратите внимание, что я менял R3 и R4 на 3 шага каждый, получая 9случаях, но аналогичные результаты получаются, если я использую большее количество шагов.

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Регулятор регулирует напряжение на катоде, чтобы поддерживать постоянное напряжение на опорном входе. Это как опорное напряжение плюс операционный усилитель с транзистором.

Внешний транзистор будет управлять током в зависимости от базового напряжения. Таким образом, управляя напряжением на эмиттере (где подключен вход REF), ток коллектора (который составляет около 99,5% от тока эмиттера) эффективно контролируется с точностью до 1%, при условии, что вы не исчерпали допустимое напряжение. Ток коллектора будет примерно равен Vref/R2 или примерно 2,495 В/R2

Возможны небольшие погрешности, поскольку коэффициент усиления транзистора не бесконечен, а вход REF потребляет пару микроампер, но это довольно хороший сток тока. Коллектор не может полностью получить Vref, поэтому минимальное напряжение коллектора составляет около 2,6 В, что означает, что напряжение на нагрузке до +5 не может быть больше, чем около 2,4 В/I.

Обратите внимание, что ток коллектора контролируется, чтобы быть постоянным. Схемный блок представляет собой приемник постоянного тока. Если вы измерите ток коллектора и откроете R4, то ток коллектора не должен измениться (если вы не превысите допустимый диапазон напряжений на коллекторе).

В этом случае ток равен 2,495 В/220\$\Omega\$ = 11,34 мА. Максимальное сопротивление нагрузки (коллектор на +5) составляет около 2,4 В/11,34 мА = 211\$\Омега\$. Когда вы превысите это сопротивление, у вас больше не будет стока постоянного тока. Таким образом, ваша схема с 1K не является полезным рабочим примером.

Ток эмиттера как следствие также постоянен, но это довольно бесполезно, так как он изменяется с R2, так что это скорее заданное напряжение на резисторе.

Вот краткое моделирование LTspice с резистором 100 Ом в качестве нагрузки:

 Ic(Q1): 0,0113147 device_current
 

Уменьшите резистор 100 Ом (R3) до 0 Ом, и мы получим:

 Ic(Q1): 0,0113152 device_current
 

Итак, это довольно хороший приемник тока . Выходное сопротивление (в идеале оно было бы бесконечным) составляет около 2M\$\Omega\$.

Аналогичным образом, если я увеличу напряжение питания до 10 В при постоянном резисторе R3 100 Ом, я получу:

 Ic(Q1): 0,0113529
 

Таким образом, около +0,06% на вольт регулирования линии. Это можно улучшить, увеличив R2. При R2 = 1K стабилизация линии улучшается до +0,01%/В, а стабилизация нагрузки также немного улучшается.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Возможно, вы не понимаете, как использовать TL431 и как он работает. По сути это стабилизатор напряжения шунтового типа, регулируемый стабилитрон. Вы подаете безопасный ток через резистор от источника напряжения, который находится в безопасных пределах TL431. При присоединении резисторов или подстроечного потенциометра к контакту управления, а контактов по часовой стрелке и против часовой стрелки к катоду и аноду катод становится кратным отношению \$(1 + R1/R2{\cdot} 2,50)\$.

Само по себе это может быть только регулируемое опорное напряжение, но очень стабильное. Чтобы получить токовый зажим или приемник постоянного тока, вам нужен транзистор для формирования петли обратной связи. Ваш PDF-файл этой части показал их подробно. Каждый раз, когда у вас есть резистор (Re) от управляющего вывода к аноду, катод остается максимально положительным до тех пор, пока транзистор (NPN) не будет проводить достаточный ток, чтобы падение V на эмиттерном резисторе (Re) равнялось внутреннему опорному напряжению 2,5 вольта TL431. Ток фиксируется или фиксируется на уровне 2,5/Re.

Эта же схема может действовать как токоограничитель, поскольку она не позволяет протекать большему току через коллектор NPN, чем то, что создает падение 2,5 В на резисторе Re. Ток «заблокирован», даже если напряжение поднимается до безопасных пределов транзистора, которым может быть 300-вольтовый MJE340.

NPN можно заменить N-канальным МОП-транзистором с номинальным напряжением 700 вольт. Обратите внимание, что напряжение коллектора/стока может быть отдельным и намного выше, чем то, что необходимо TL431 для нормального функционирования. Для управления полевым МОП-транзистором TL431 требуется источник от 12 до 15 В, чтобы затвор МОП-транзистора мог достичь напряжения насыщения +10 В.

В техническом описании есть много примеров использования TL431, часто с использованием внешних транзисторов для увеличения или ограничения тока, подаваемого на нагрузку, а также для управления напряжением питания.

Прецизионные резисторы часто требуются не только для обеспечения точности, но и потому, что они очень стабильны при температуре, поэтому устанавливаемое вами напряжение/ток остается таким же через несколько часов, с точностью до 0,1% или выше. Остерегайтесь больших емкостей для обрезки, так как они имеют температурный дрейф ~200 ppm C.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вы не включили в свою схему ничего изменяющегося. Конечно, ток будет постоянным.

Приемник постоянного тока потребляет тот же ток, что и напряжение на нем. Одним из способов анализа этого является определение сопротивления слабого сигнала, dV/dI. Для источника постоянного тока это будет очень много.

\$\конечная группа\$

1

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

bjt — Ошибка в цепи приемника постоянного тока и регуляторе тока

Концептуально простой источник тока

При рассмотрении схемы, которая создает источник тока из источника напряжения с низким импедансом, возможно, проще всего представить себе следующее:

^{имитация эта схема — схема, созданная с помощью CircuitLab}

. Текущее регулирование этой схемы по отношению к изменениям нагрузки:

$$\%\,I_\text{LOAD} = \left[\frac{-1 }{1+\frac{R_\text{DROP}}{R_\text{LOAD}}}\right]\cdot \%\,R_\text{LOAD}$$

Короче говоря, чем больше \$R_\text{DROP}\$, тем лучше. Но это означает, что \$V_\text{SRC}\$ должен быть больше. Таким образом, почти идеальный источник тока может быть изготовлен из источника очень, очень высокого напряжения и соответствующего очень, очень большого резистора, снижающего напряжение.

Например, предположим, что \$R_\text{НАГРУЗКА}=100\:\Omega\$, и вам нужен постоянный ток \$I_\text{НАГРУЗКА}=100\:\text{мА}\$. Вы можете использовать \$V_\text{SRC}=100\:\text{V}\$ и \$R_\text{DROP}=\frac{V_\text{SRC}-R_\text{LOAD}\cdot I_\text{ЗАГРУЗКА}}{I_\text{ЗАГРУЗКА}}=990\:\Омега\$. Это обеспечит регулирование, эквивалентное приблизительно \$\%\,I_\text{LOAD} = 0,092\cdot \%\,R_\text{LOAD}\$. Увеличение \$R_\text{LOAD}\$ на 10 % приведет к изменению \$I_\text{LOAD}\$ всего на -0,9 % или примерно на \$-900\:\mu\text. {A}\$ до \$I_\text{НАГРУЗКА}\ок. 99,1\:\text{мА}\$. Цена заключается в том, что вам нужен источник более высокого напряжения (что более сложно) и вам придется тратить дополнительные \ $ 9,9 \: \ text {Вт} \ $ в гасящем резисторе, чтобы обеспечить постоянный ток в примерно \ $ 1 \: \ текст{W}\$ загрузить.

Этого может быть достаточно. Кто может сказать? Но это просто понять. И очень легко увидеть, как улучшить текущее регулирование в отношении изменения нагрузки. Просто используйте еще более высокое напряжение для вашего источника питания и гасящий резистор большего номинала, чтобы работать вместе с ним, и тратить еще больше энергии (и добавить сложности и проблем с безопасностью).

Этот метод очень часто используется, когда нагрузкой является светодиод. Отчасти это связано с тем, что светодиод является нелинейным устройством, а отчасти также с тем, что потребности в регулировке светодиодов часто довольно слабы, поэтому более низкое напряжение достаточно хорошо подходит для этих целей. Но это также довольно плохой выбор в других случаях.

Ваши схемы

Слева внизу одна, справа внизу другая, и я добавил среднюю схему, которая служит схемой перехода между ними (в основном потому, что она часто встречается на практике):

^{симулировать это схема}

Я не буду тратить на них много времени. Всего несколько пунктов.

Преимущество схемы слева состоит в более широком диапазоне допустимого напряжения для нагрузки, потому что два диодных падения не создают больших накладных расходов, оставляя больше доступного напряжения питания для нагрузки. Но диоды сильно различаются друг от друга, и на их падение напряжения сильно влияет температура окружающей среды и, в некоторой степени, ток в них. Изменения нагрузки приводят к изменению тока базы биполярного транзистора, а также в небольшой степени влияют на ток в диодах. Эти изменения нагрузки, а также температура также влияют на напряжение база-эмиттер биполярного транзистора, а это также влияет на ток нагрузки.

Используется средняя схема, поскольку она не требует двух источников питания. Это преимущество. Но у него также есть недостаток, заключающийся в том, что ток в стабилитроне может сильно варьироваться, и это влияет на его напряжение и, следовательно, на ток нагрузки.

Правая схема встречается не так часто из-за необходимости двойного питания. (Это то, что вы называете своим собственным изобретением.) Но оно позволяет устанавливать ток стабилитрона независимо от источника напряжения соответствия, используемого для нагрузки. Тем не менее, потребность в дополнительном источнике напряжения вызывает раздражение.

Хотя я сохранил вашу идею в том виде, в котором вы ее написали, большинство из нас, вероятно, откажется от необходимости отдельного источника напряжения и вместо этого, скорее всего, перейдет к замене резистора вашего стабилитрона источником постоянного тока, привязанным к исходному напряжению. рельс. Он достигает цели, не нуждаясь в новой шине напряжения. (Меньше деталей, меньший размер и, вероятно, меньшая мощность.)

Недостатком как средней, так и правой схем по сравнению с левой схемой является потеря запаса по напряжению. Так что есть цена, чтобы заплатить.

И все они страдают от колебаний температуры, в некоторой степени от изменений деталей и от Раннего эффекта в BJT.

Два дополнения для рассмотрения

Вот два улучшения:

^{имитация этой схемы}

$ и корректирует базовое напряжение \$Q_1\$. Это намного лучше, потому что он также учитывает ранний эффект \$Q_1\$, измеряя его и делая поправку на него. Так что это большое улучшение в этом смысле. Однако он по-прежнему чувствителен к температуре \$Q_2\$ и изменениям деталей. Он также чувствителен к напряжению питания, потому что это может значительно увеличить ток в \$R_1\$ и, следовательно, потребовать более высоких токов коллектора в \$Q_2\$, что влияет на напряжение база-эмиттер и, следовательно, на ток коллектора \$Q_1. \$. Таким образом, он по-прежнему будет несколько реагировать на большие колебания напряжения питания, вызывая изменение тока нагрузки в зависимости от напряжения питания. Это просто немного лучше на несколько баллов. И его можно лучше спроектировать/управлять, если вы вложите в него некоторую работу.

Можно подумать о замене \$R_1\$ активным источником тока — как я и предполагал, можно было бы сделать и с более ранней «средней» схемой, и это улучшит ее поведение при изменении напряжения питания. Но это происходит за счет дополнительных накладных расходов по напряжению и большего количества деталей. Так что, как и во всем, есть компромиссы, которые следует учитывать.

Последнее примечание к схеме слева. Хотя он сильно реагирует на изменения температуры в \$Q_2\$, он относительно невосприимчив к изменениям температуры в \$Q_1\$. Поскольку большая часть рассеиваемой мощности приходится на \$Q_1\$, который нагревает его, и поскольку возможно (обычно) держать \$Q_2\$ на некотором расстоянии от него, это помогает ограничить температурную реакцию схемы на изменения окружающей среды, а не изменения окружающей среды плюс тепловые изменения из-за изменений нагрузки или источника питания. Если бы кто-то каким-то образом сделал \$Q_1\$ термически стабильным, это было бы весьма прилично. К сожалению, это, вероятно, сделало бы схему недоступно сложной в пользу.

Правая схема настолько близка к идеальной, насколько это возможно. Устройство TLV431 имеет множество внутренних деталей и очень тщательно продуманную конструкцию, поэтому оно относительно стабильно в очень и очень широком диапазоне температур окружающей среды. Это просто работает. Период. Он также хорошо работает почти при трех значениях рабочего тока, поэтому вы можете просто использовать \$R_1\$, не беспокоясь о замене его источником тока. Это делает правую схему почти золотой. Он также исправляет ранний эффект в \$Q_1\$, а также влияние температуры на \$Q_1\$. 9\circ\text{C}\$ и варьировал \$Q_1\$ в широком диапазоне возможных вариантов поведения. В левой части экрана ниже показан весь диапазон напряжения питания от \$0\:\text{V}\$ до \$20\:\text{V}\$, а в правой части показан диапазон напряжения питания от \$3. \:\text{V}\$ в \$20\:\text{V}\$, чтобы лучше увеличить варианты. Обе конструкции TLV431 и 2-BJT были установлены примерно на \$16\:\text{мА}\$, что я только что взял из воздуха для этих целей.

Я думаю, вы видите разницу, которую делает TLV431.

Резюме

Уравнения чувствительности также очень и очень полезны для количественной оценки того, как изменение входного параметра влияет на выходной параметр цели проектирования. Этот процесс позволяет вам сначала выяснить, что вызывает больше беспокойства, а затем также достаточно ли этого беспокойства, чтобы оправдать дополнительные усилия по проектированию. Или, наоборот, осознать, что цели проектирования достигнуты и проектирование можно считать завершенным.

Другой подход, используемый многими, состоит в том, чтобы просто выполнять много запусков Spice (или использовать много запусков Excel) для достижения аналогичных результатов.

Примечание: Pete W упоминал в комментарии ниже, что LM4041 — это устройство высокого уровня, аналогичное устройству TLV431. Я не знал об этом, и теперь я рад услышать об этом. Поэтому я делаю пометку об этом в ответе, чтобы зафиксировать вариант. Иногда вам нужен управляемый источник высокого уровня, а не приемник, в зависимости от требований нагрузки. Итак, это хороший улов от Pete W . Спасибо!

Постоянный ток | Хакадей

27 июля 2021 г. Дэн Мэлони

Обычно, когда в проекте требуются адресные светодиоды, мы просто соединяем полосу WS2812 и Arduino, собираем код из примеров в библиотеке FastLED и заканчиваем. Мы не особо задумываемся о том, что происходит под капотом, пока не столкнемся со светодиодным проектом, который немного сложнее.

Изобретатель [Лео Фернекес] недавно оказался в такой ситуации, когда взялся за светодиодную арт-инсталляцию. Проект предусматривал кольца из светодиодных полос вокруг стволов деревьев в частной усадьбе. Однако физический размер проекта и эстетические требования создали серьезные проблемы. Одним из них был поиск способа управления светодиодными полосами, каждая из которых потребляет около 100 мА и требует очень плавного затемнения. [Лео] посмотрел на драйвер светодиодов WS2811, но обнаружил, что низкий ток возбуждения и 8-битный выход ШИМ не соответствуют ни одному из этих параметров.

[Лео] решил обе проблемы, используя совместно два из трех каналов ШИМ на микросхеме — один для управления током и один для ШИМ светодиода. Схема, которую он придумал, обманчиво проста — всего четыре транзистора, диод Шоттки и куча пассивов. Другим умным моментом является интерфейс данных между светодиодными полосами, который можно настроить как несимметричный или дифференциальный. Это позволяет использовать один и тот же интерфейс для коротких расстояний между стержнями на дереве и для более длинных участков между деревьями.

Как обычно, [Лео] отлично объясняет свой дизайн и то, как он работает, что мы находим очень поучительным. Он сделал нечто подобное, когда ему удалось затемнить недиммируемый светодиодный светильник.

Читать далее «Классный трюк с WS2811 делает установку светодиодного искусства плавной» →

20 апреля 2020 г. Дэн Мэлони

Проблема с предохранителями. На первый взгляд тестирование может показаться одноразовым — превысить номинальный ток и посмотреть, не перегорит ли он. Но как только вы знаете ответ, устройство бесполезно. Если бы только был способ проверить предохранители, не повредив их.

Как оказалось, есть, и [Керри Вонг] рассказывает целую историю о своих попытках неразрушающего тестирования предохранителей. Предохранители, о которых идет речь, не представляют собой ничего необычного — просто стандартные стеклянные трубки из дешевого ассортиментного набора с Amazon. Вот в чем проблема: можно ли доверять таким дешевым устройствам? Выяснение этого требует гораздо более глубокого погружения в технологию плавких предохранителей, чем многие люди, включая понимание того, как ведут себя тепловые и электрические характеристики плавкого элемента.

Тестовая установка [Kerry] проста и состоит из источника питания постоянного тока и вольтметра на предохранителе для измерения падения напряжения, вызванного сопротивлением плавкого элемента. По мере увеличения тока падение напряжения увеличивается линейно из-за увеличения сопротивления сплава с повышением температуры. Это длится только до момента, когда сопротивление предохранителя начинает экспоненциально увеличиваться. Проталкивание намного дальше точки, где сопротивление удваивается, перегорает предохранитель, так что это конечная точка его испытаний. Возможно, неудивительно, что все его безымянные предохранители значительно превышали номинальный ток, доказывая, что вы получаете то, за что платите. Смотрите видео ниже с тестами и анализом результатов.

Полезно знать, что есть способ проверить предохранители, не выбивая их, и мы сохраним этот способ для дальнейшего использования. Не забывайте, что вы всегда должны проверять предохранитель при устранении неполадок, потому что вы никогда не знаете, что последний человек сделал с ним.

Читать далее «Проверить неизвестные предохранители, не уничтожая их» →

1 декабря 2019 г. Дэн Мэлони

Настало время намеков на то, какие новые безделушки могут порадовать хакера, и мы должны признать, что сами занимаемся виртуальными витринами. И поскольку в нашем списке есть приличный настольный блок питания, неудивительно, что видеообзоры, которые, по мнению коллективного разума, помогут нам сделать выбор, всплывают в нашей ленте. Это волшебное время, чтобы быть живым.

Что нас действительно удивило, так это видео о гибриде двух блоков питания, оба из которых мы присматривались, в результате чего получился один красиво программируемый настольный блок питания. Он приходит к нам благодаря [jeffescortlx], который пострадал с одним из тех безымянных бюджетных настольных источников питания 30 В-5 А, которые имеют значительную задержку при изменении настроек, до такой степени, что их трудно использовать, не говоря уже об опасности. для чувствительных компонентов.

Итак, он заполучил программируемый понижающий преобразователь Riden RD6006, который чем-то похож на те вездесущие модули питания DPS, которые мы так много видели, только на стероидах. Riden принимает входное напряжение до 70 В и превращает его в выходное напряжение 0–60 В при токе до 6 ампер при постоянном токе или постоянном напряжении. Он также подходит (почти) в качестве замены лицевой панели изворотливого старого запаса. Несколько резисторов SMD имитируют оригинальные потенциометры на передней панели, закрепленные так, чтобы источник питания выдавал максимальное напряжение и ток, и пришлось немного повозиться с корпусом и вентилятором, чтобы все установить, но готовый продукт на самом деле выглядит действительно хорошо и исправляет все. проблемы оригинала.

Нам нравится эта поделка, и мы вполне можем собрать ее для нашей скамьи.

Продолжить чтение «Превращение плохого запаса в лучший запас» →

7 ноября 2018 г. Дэн Мэлони

Это иронично, когда канал YouTube под названием «Текущий источник» должен создать текущий источник? Или это не ирония судьбы и на самом деле просто совпадение?

Независимо от лингвистических соображений, [Дерек], владелец вышеупомянутого канала, в свое время сделал и разобрал несколько текущих источников. Большая часть этих работ заключалась в разовых точных измерениях или даже в управлении цепочкой светодиодов в том, что он описывает как пару очков, вызывающих мигрень. К счастью, источник тока из мусорной коробки, представленный в видео ниже, больше подходит для первого, чем для второго, поскольку его цель — измерить очень малые сопротивления в полупроводниках с помощью зажимов Кельвина.

Источник тока использует 24-вольтовый импульсный блок питания и популярный регулируемый стабилизатор напряжения LM317. 317 можно настроить в режиме постоянного тока, подключив регулировочный штифт микросхемы к выходу через последовательное сопротивление. Многооборотный потенциометр обеспечивает регулировку тока, хотя логарифмическая конусность не совсем оптимальна для применения. Мы также заметили пару оптоизоляторов в сборке, но нет ни схемы, ни обсуждения того, что они делают. [Дерек] использует конечный продукт для измерения по Кельвину резистора 0,47 Ом 1% в конце видео.

Мы рады видеть [Дерека] в действии; вы можете вспомнить его более раннее видео об измерении собственной радиации с помощью счетчика Гейгера после лечения рака щитовидной железы. Будем надеяться, что теперь это позади.

продолжить чтение «Источник постоянного тока Junkbox помогает с измерением Кельвина» →

8 января 2016 г. Эллиот Уильямс

Ботаник Ральф любит дешевые и грязные хаки, и за это мы ему аплодируем. Его последняя разработка — зарядное устройство LiFePO4, которое он сделал из деталей, которые были у него под рукой, менее чем за 0,50 доллара США. (Хотя мы думаем, что он действительно сделал это для удовольствия.)

Схема основана на программируемом параллельном регуляторе TL431, который сам по себе является потрясающим и недооцененным чипом. Если вы не знакомы с TL431 (также известным как LM431), вы обязаны получить техническое описание и подобрать пару при следующем заказе электронных компонентов. На самом деле, это такой замечательный чип, что мы не можем удержаться и не рассказать вам о нем ни минуты.

Читать далее «Ода TL431 и зарядному устройству LiFePO4» →

29 апреля 2014 г. Ник Конн

Некоторые проекты являются одновременно и образовательными, и полезными. Мы считаем, что электронная нагрузка [Джаспера] на основе Arduino является одним из таких проектов.

Электронная нагрузка [Джаспера] может действовать не только как нагрузка постоянного тока, но также как нагрузка постоянной мощности и постоянного активного сопротивления. Универсальное устройство рассчитано на напряжение до 30 В, 5 А и 15 Вт. Он был основан на источнике постоянного тока, которым управляет ЦАП, подключенный к Arduino. Измеряя как результирующее напряжение, так и ток нагрузки, система может динамически адаптироваться для достижения постоянства. Хотя мы уже видели другие постоянные нагрузки на основе Arduino, [Jasper] очень прост и прямолинеен по сравнению с ним. [Jasper] также включает в себя как схему, так и код Arduino, что упрощает ее воспроизведение.

Источник тока, управляемый напряжением, можно найти во множестве применений, и этот проект — отличный способ начать его создание. Это особенно отличный проект для объединения ваших знаний в области теории полевых МОП-транзисторов и теории операционных усилителей!

5 марта 2014 г. Тодд Харрисон

Вот хороший хак, который может оказаться очень полезным, если у вас есть более дешевый настольный блок питания, поддерживающий защиту от ограничения постоянного тока (режим CC), и единственный способ установить или проверить максимальное ограничение тока — отключить цепь, закоротить. выходы источника питания, а затем проверьте или установите свой предел. Да какая боль! [Ян Джонсон] терпел эту боль с парой настольных блоков питания Circuit Specialist и решил что-то с этим сделать. Найдя загрузку схемы для своего источника CSI3003X-5, он смог перепроектировать хак, который позволяет вам нажать новую кнопку и установить максимальное значение тока. Ваше первое предположение состоит в том, что он просто добавил кнопку мгновенного действия, чтобы закоротить выходы блока питания, но вы ошибаетесь. Решение [Яна] не требует отключения нагрузки, кроме того, нагрузка может продолжать работать, пока вы устанавливаете текущий лимит. Он делает это, переключая показания текущего дисплея с использования 0–3 вольт от выходного шунтирующего резистора на использование 0–3 вольт с выхода цифрового потенциометра, который в любом случае обычно используется для установки предела постоянного тока источников питания. Настолько просто, что непонятно, почему дизайнеры не включили эту функцию.

Конечно, это простая модификация, которую может реализовать любой, однако [Иан] все равно не был доволен. Комментарий [Gerry Sweeney] указал ему путь к устранению утомительного нажатия нескольких кнопок путем реализации мгновенного сигнала 555 для переключения схемы с считывания текущей нагрузки на считывание текущего набора. Этот второй мод означает, что вы просто начинаете нажимать кнопки установки CC вверх-вниз, и он на мгновение переключает дисплей для чтения выбранного вами максимального тока, а через несколько мгновений дисплей снова переключается на чтение фактического тока нагрузки. Великолепно! Так же, как дорогие игрушки для больших мальчиков.

[Иан] не останавливается на простом одноразовом взломе. Он спроектировал правильную печатную плату с кабелями и разъемами, создав простой в установке комплект, который почти представляет собой сменный комплект для переоборудования настольных источников питания Circuit Specialist (CSI3003X-5, CSI3005X5, CSI3003X3, CSI3005XIII). Это не 100% подключаемый комплект, потому что вам нужно припаять 3 провода к существующим точкам цепи для сигнала и земли, но видео, описывающее эту задачу, кажется тривиальным.

Этот хак вполне может работать со многими другими блоками питания на рынке, поскольку Circuit Specialist просто переименовывает эти блоки. На данный момент известно, что с этим хаком работают только модели, перечисленные после перерыва. Если вы найдете другие, пожалуйста, укажите в комментариях.

После перерыва мы дадим ссылки на все три видеоролика о прогрессивных модах, если вы хотите узнать, как модифицировать свой собственный блок питания, или вы можете просто заказать готовый комплект у [Яна].

Читать далее «Настольный источник питания постоянного тока EZ-SET» →

TL431 с источником тока для высокого напряжения (выхода)?

Добро пожаловать на EDAboard.

Добро пожаловать на наш сайт! EDAboard.com — это международный дискуссионный форум по электронике, посвященный программному обеспечению EDA, схемам, схемам, книгам, теории, документам, asic, pld, 8051, DSP, сети, радиочастотам, аналоговому дизайну, печатным платам, руководствам по обслуживанию… и многому другому. более! Для участия необходимо зарегистрироваться. Регистрация бесплатна. Нажмите здесь для регистрации.

Регистрация Авторизоваться

JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.

• Автор темы eem2am
• Дата начала 2 марта 2011 г.

Статус

Закрыто для дальнейших ответов.

eem2am

Запрещено

Здравствуйте,

Я делаю автономный обратный ход с vout = 36В при 22Вт.
(ШИМ-контроллер должен быть NCP1217)

Вот как я изначально планировал сделать цепь обратной связи………

TL431 ЦЕПЬ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ с резистором смещения
https://i56.tinypic.com/2znpahh.jpg

.. TL431 рассчитан только на 36 В, поэтому мне нужен стабилитрон на 20 В, как показано на схеме выше.

Как известно, для TL431 требуется ток смещения 1 мА. (отсюда и R(bias) )
…..этот ток смещения, конечно же, должен подаваться как при большой, так и при малой нагрузке….

…вот где загадка эффективности при малой нагрузке начинается, потому что ……..

Если резистор смещения R(bias) может пропускать 1 мА при высокой нагрузке, то при малой нагрузке он, к сожалению, будет пропускать больший ток………….. фактически, при легкой нагрузке R (смещение) будет пропускать почти в четыре раза больше тока из-за большего напряжения на нем при легкой нагрузке.

Это неприемлемо, поэтому я решил избавиться от резистора смещения и вставить дешевый источник тока следующим образом: —

TL431 с источником тока (PSSI2021): —
https://i52.tinypic.com/2m6st8z.jpg

Верите ли вы, что эта схема в порядке?

Правильно ли я предполагаю, что источник тока PSSI2021 всегда будет подавать ток 1 мА или менее на катодный вывод TL431 при малых и больших нагрузках?

PSSI2021 ТЕКУЩИЙ ИСТОЧНИК ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ:
**ссылка удалена**

TL431 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:
https://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431A.pdf

Геномерика

Полноправный член уровня 3

TL431 и его использование в обратной связи с оптоизоляторами всегда вызывают недоумение.

Первая проблема заключается в том, что оптоизоляторы имеют широкий диапазон коэффициента передачи тока… возможно, 2:1 для любого конкретного «диапазона» устройства. Затем их характеристики и, что, возможно, важно, ширина полосы пропускания меняются в зависимости от величины тока, который вы пропускаете через них. Затем вы должны добавить в TL431 потребность в минимальном токе, чтобы быть в регулировании.

Это может быть OTT, но я бы попытался обеспечить номинальный выходной ток в выходном транзисторе optos, а затем продолжить оттуда,

Это может по-прежнему вызывать проблемы при запуске, но я предположил, что во время работы вспомогательное питание первичной стороны имеет напряжение 15 В. Он подключен к коллектору оптотранзистора через R6/10K. При внутреннем опорном напряжении около 5 В, чтобы войти в режим регулирования, оптотранзистор должен будет потреблять 1 мА.

Устанавливает постоянный ток в устройстве в качестве предварительного смещения. Чтобы выключить, ему нужно будет потреблять 1,5 мА + 185 мкА/240 мкА, так что назовите это около 1,7 мА. Диапазон регулирования составляет 1 мА-1,7 мА. Если CTR оптоизолятора меньше 100 %, то при регулировании это гарантирует не менее 1 мА постоянного тока в TL431.

На вторичной стороне я установил резистор(ы) обратной связи R1/R2/R3 так, чтобы они имели постоянный ток 1 мА, ничего общего с этим в TL431, просто так получилось, используя стандартные значения. R2 используется для установки точки смещения проходного транзистора Q1 примерно на 5,4 В. Его базовый ток будет мешать, но, надеюсь, не слишком сильно…

Грррррр, если подумать, это вполне может нарушить общую обратную связь, поскольку он представляет собой цепь постоянного тока вокруг усилителя. По сути, это будет резистор Beta.R4, который нарушит обе точности постоянного тока. Так что я хитро превращу его в дарлингтон..

Итак, теперь мы получаем минимальный постоянный ток в оптике, диоде и транзисторе, такой же у TL431 и, при CTR менее 100%, TL431 гарантированно составляет 1 мА. Кроме того, оптотранзистор смещен до полезного постоянного тока, чтобы обеспечить его производительность.

Затем вы регулируете R4, чтобы установить рабочие уровни. Это будет не совсем правильно, потому что CTR обычно указывается с током диода 10 мА. Предположим, что те же цифры применимы к 1 мА.

Если ваш оптометр имел диапазон CTR 40–80 %, а установленное устройство было 80 %, то, если вы решили установить катод TL431 на 5 В, вам понадобится что-то вроде резистора 1K6 для 1,25 мА в опто- диод и 1мА в опто-транзистор. Это поставило бы VFB на требуемые 5V.

Для выключения вам потребуется 1,7 мА в оптотранзисторе или 2,13 мА в оптодиоде, что поставит катод TL431 примерно на 3,6 вольт, чтобы он все еще работал.

Допустим, установленное устройство было на 40%. Опять же, установив катод на 5 В, вам понадобится что-то вроде резистора 820 Ом на 2,43 мА в оптодиоде и 1 мА в оптотранзисторе. Для выключения вам потребуется 1,7 мА в оптотранзисторе и 4,25 мА в оптодиоде, при котором на катоде TL431 будет около 3,5 В. Опять все еще в рабочем состоянии.

Возможно, здесь слишком много слов, но в целом регулировка поддерживает петлевое усиление. Половина CTR уменьшает сопротивление резистора R4 вдвое, удваивая чувствительность по току, поэтому они компенсируются, а коэффициент усиления остается прежним. Вам не нужно знать CTR. Вы просто измеряете напряжение на FB и выбираете резистор, который устанавливает его на 5 В. Все остальное уладится само собой….

То, как он сконфигурирован, также естественным образом ограничивает диапазон управления, что должно способствовать восстановлению.

Последняя проблема заключается в том, что я загружаю контакт FB при запуске с моим резистором 10K, поэтому…

Я поставлю D4, чтобы заблокировать это.

Конечно, возможно, я просто слишком стараюсь, и ничего из вышеперечисленного на самом деле не нужно. Мне просто нравится иметь достаточно четко определенные рабочие точки в схеме, и, к сожалению, с TL431 и оптоизолятором вам придется много работать над вещами и добавлять ведро дополнительных битов.

И последнее, что может беспокоить, это то, будут ли какие-то вещи работать во время запуска, чтобы привести выходную мощность в норму, а не выйти за ее пределы, а затем снова снизить ее или позволить ей прийти в норму.

Геном

eem2am

Запрещено

Спасибо, Геном,

Я вижу, что у вас есть отличная система.

Я не уверен насчет того времени, когда выше упоминается 4,25 мА в оптодиоде, потому что при vвых = 36 В эти 4,25 мА вызовут потерю мощности более 153 мВт, что не очень хорошо для <500 мВт в режиме ожидания, которые приходят для нас здесь в 2014 году.

Кроме того, я ценю резистор 10 кОм, свисающий с шины 15 В …… хотя, как и в случае с любыми импульсными источниками питания, где обмотка смещения не регулируется, эта шина 15 В, вероятно, упадет примерно до 10 В (или даже меньше) при свете. load… что еще больше усложняет ситуацию.

, чтобы остановить выброс выходного напряжения, сеть серии RC может быть размещена на верхнем резисторе выходного делителя или в другом месте, чтобы соединить vout с петлей обратной связи, чтобы избежать выброса . …. как я уверен, вы будете быть в курсе.

Геномерика

Полноправный член уровня 3

Понятно. Я все время забываю об этом резерве на 500 мВт и вижу смысл в том, что вспомогательное питание не регулируется. Как это обычно бывает с этими вещами, одна или другая вещь нарушает общую картину

Похоже, ваш источник тока 1 мА — это то, что вам нужно, но вы все равно можете рассмотреть возможность использования цепи обратной связи и проходного транзистора для ограничения катодного напряжения. TL431 с соответствующим масштабированием компонентов. Стабилитроны — не самая «острая» штука на планете..

Царапает голову.

Как насчет…

Возможно, я слишком беспокоюсь о характеристиках оптоизоляторов и о том, как они подвержены дисперсии и влиянию этого на усиление контура. Мне по-прежнему нравятся в них постоянные токи и не так много отклонений от этого тока.

Я поместил ваш текущий источник или его предвзятость в цепочку обратной связи. Грязный может быть, но тогда от него же и проходной транзистор для TL431 заводится. Я добавил аналогичный источник тока на первичную сторону для смещения оптотранзистора.

Без особой проверки я отключил все рабочие токи. Компоненты компенсации не определены, и вам все равно нужно выбрать значение для R10…

I  out =  V  ref  /R4 + I  KA  

I  вых = 100 мА  (0,100 А)
В  ссылка =  2,5 В
I  KA  = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения] 

I  из  = V  исх.  /R4 + I  KA 
0,100 = 2,5/R4 + 0,001
0,100 - 0,001 = 2,5/R4
R4 = 2,5/0,099
R4 = 25 Ом (приблизительно) 

I  из  = V  исх.  /VR  1  + I  KA 
0,002 = 2,5/VR  1  + 0,001
0,002 - 0,001 = 2,5/VR  1 
0,001 = 2,5/VR  1 
VR  1  = 2,5K 

R1 = V  в  /(I  из  /hFE + I  KA  ) 

Io  ut  = 100 мА (0,100 А)
В  в  = 5В
hFE = 100 (максимум)
IKA = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения]
R1 = V  в  /(I  из  /hFE + I  KA  )
R1 = 5/(0,100/100 + 0,001)
R1 = 2,5 кОм