Управляемый стабилизатор напряжения tl431 (on semiconductor)

Кому лень читать

Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем.

Рисунок 5.

Улучшенная схема будет выглядеть так: Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.

Datasheet на русском.. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Быстрое переключение.

Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух ваттных светодиодах и ваттном IRF в корпусе ТО см. В полной схеме включения к TL добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение. Рисунок 5.

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора. Но этого тока достаточно для очень слабого свечения светодиода HL1. Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения.

Вместо заключения

Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, то есть зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Реле времени TL нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Все это время она находится на первых местах в списке мировых лидеров в производстве электронных компонентов, прочно удерживаясь в первой десятке или, как чаще говорят, в мировом рейтинге TOP

TL Ее выпуск стартовал в году. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга.
TL431 управляемый стабилитрон,как проверить работу.

Нестандартные варианты и функциональные аналоги

Микрофотографии кристаллов TL431 трёх разных производителей в одном масштабе. Крупнейшая светлая область каждого кристалла — ёмкость частотной компенсации, крупная гребенчатая 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; 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 I_KA и U_KA 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.

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора.

Главное отличие зарядного устройства от блока питания – четкое ограничение зарядного тока. Следующая схема имеет два режима ограничения: — по току; — по напряжению;

Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается. На следующей схеме ограничение тока осуществляют транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1-R3. Резистор R1 выполняет функцию шунта, когда напряжение на нем превышает 0,6 В (порог открывания VT1), транзистор VT1 открывается и закрывает транзистор VT2. Из-за этого падает напряжение на базе VT3 он начинает закрываться и следовательно снижается выходное напряжение, а это ведет к снижению выходного тока. Таким образом работает обратная связь по току и его стабилизация. Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.

А теперь список номиналов компонентов схемы:

• DA1 – TL431C;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом (нужен для подстройки выходного напряжения);
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – BCP68-25;
• VT4 – BSS138.

Производители

Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.

Советуем изучить Информация о плановом отключении электроэнергии: где и как искать?

Схемы с использованием TL431

Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.

Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)

Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:

Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.5-36В)

Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.

Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.

Лабораторный блок питания на TL431 с защитой

Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.

Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.

Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)

Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.

Индикатор напряжения

Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.

Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.

Таймер задержки на TL431

Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).

Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317

Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).

Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.

Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.

Как проверить мультиметром

TL431 нельзя проверить с помощью мультиметра, так как это не простой стабилитрон, а интегральная микросхема. Сопротивления между его выводами у разных производителей отличаются. Поэтому, для того чтобы убедится в её исправности обычно собирают простейшие схемы проверки.

Для проверки в схеме изображенной на рисунке слева, на вход подается 12 В. Если устройство исправно, то на выходе должно появится напряжение 4.9-5.0 В, а при замыкании кнопки S1 – 2.5 В. Мультиметр, в данном случае, нужен для измерения результатов тестирования.

TL431 можно также проверить в другой тестовой схеме со светодиодом (рисунок справа). При изменении сопротивления R2 потенциометра, на управляющем электроде появится 2.5 В. Диод должен скачкообразно перейти в светящееся состояние. Это будет означать то, что устройство исправно. Данный принцип работы можно использовать для создания индикатора разряда аккумулятора.

Схемы включения TL431

Параметрический стабилизатор напряжения

Тл431, цоколевка которого начертана на схеме, может включаться в различных вариантах. Используя ИС, можно не только стабилизировать, но и контролировать напряжение и различные параметры в электросхемах. Кроме того, она входит в состав звуковых или световых сигнализирующих устройств.

Интересно. Если перевести показатель любой физической величины в напряжение, то допустимо собрать аппарат, контролирующий эту физическую величину.

Это значит, что, установив специальные датчики, возможно следить за такими параметрами, как:

• влажность;
• температура;
• давление;
• уровень жидкости;
• значение освещённости.

Перечень можно продолжать, но суть одна – электронный стабилитрон допустимо использовать не только в БП и преобразователях.

Корпус и цоколёвка ИС

Стабилизатор тока на TL431

Стабилитрон tl431 в подобном подключении стабилизирует величину тока. Включенный между эмиттером и корпусом схемы (минусом) R2 используется как шунт. Напряжение на нём составляет 2,5 В. Выходной ток (Iвых) соответствует соотношению 2,5/R2.

Токовая стабилизация на TL431

Индикатор повышения напряжения

Мониторить уровни U позволяет стабилизатор tl431 схема включения которого выполнена так, что стабилитрон не откроется при поступлении на вход R (управляющий) U < 2,5 В.

Внимание! Сквозь запертый TL431 ток течёт всё равно. Хоть он мал – до 0,4 мА, но заставляет индикатор гореть

Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм.

Схема индикатора

При поступлении на R U > 2,5 В ИС откроется. Индикатор зажжётся. Чтобы согласовать стабилитрон и led-диод по величине текущего через них тока, в ветвь для токоограничения (индикатора) включают R3.

Формула для расчёта R3 имеет вид:

R3 = (Uпит – Uh1 – Uda)/Ih1,

где:

• Uh1 – напряжение на led-диоде, В;
• Uda – значение потенциала на открытом стабилитроне, В;
• Ih1 – номинальный ток светодиода.

При расчётах следует ориентироваться на то, что для TL431 Umax = 36 В, допустимые токи для led-диодов – 5…15 мА. Делитель напряжения на входе управляет величиной напряжения срабатывания Uзажиг. данного сигнализатора. Рассчитывают R2, применяя формулу:

R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).

Кстати. На практике R2 подбирается при помощи подключения подстроечного сопротивления. С его помощью выставляется нужный предел включения, после чего замеряется тестером его сопротивление, и впаивается уже резистор с постоянным значением.

Проверка исправности TL431

Возникает вопрос: tl431 как проверить мультиметром? Никак! Это микросхема, вмещающая в своём составе множество элементов. Только одних транзисторов десять штук. Поэтому либо совсем заменяется управляемый стабилитрон, либо собирается тестовая схема (типа индикатора напряжения), и проверяется то, как она будет работать.

Индикатор низкого напряжения

В данном случае применяют инверсное подключение, светодиод излучает при запертом стабилитроне. Элемент индикации подключен параллельно ИС и при открытом стабилитроне 2-х вольт мало для излучения света. Когда микросхема закроется, ток уменьшится, напряжение на нём увеличится, и индикатор засветится.

Схема индикации низкого напряжения

Индикатор изменения напряжения

В устройствах, применяемых для контроля над изменением напряжения, используют управляемый стабилитрон. В качестве индикатора берётся светодиод с двумя цветами свечения, например, красно-зелёный. Красный свет сигнализирует о превышении, зелёный – о низком значении U.

Схема устройства контроля над изменением напряжения

Работа TL431 совместно с датчиками

Для работы с датчиками ИС tl431a схема включения изменяется так, что на смену R2 в плечо подключают нужный датчик.

Внимание! На нижеприведённой схеме для примера обозначены разные датчики, которые присоединяют на место R2. Датчики вместо резистора

Датчики вместо резистора

TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)

Применение ИС в схемах с ЗИ возможно для мониторинга процессов наполнения и поддержания границ воды в водонапорных башнях. В ёмкости крепится пара металлических полосок на верхнем уровне водяного столба. Вода, заполнив ёмкость, замкнёт электроды, размещённые друг относительно друга через 2,5-3,5 мм. Схема сработает и выдаст акустическое оповещение.

Индикатор уровня воды

Области применения TL431

Выше изложенные варианты применения TL431 могут быть использована в любом месте, где требуется точность настройки выходного напряжения или опорного напряжении. В настоящее время это широко используется в импульсных источниках питания для генерации точного опорного напряжения.

(скачено: 846)

Сразу оговорюсь, что данная статья не панацея. У кого-то это может не пройти.

Для начала я расскажу о TL431, и для чего она служит. TL431 это управляемый стабилитрон с помощью которого можно получить стабилизированное напряжения в широких пределах от 2,5 вольта до 36 вольт. Применяя эту микросхему можно сделать источник опорного напряжения для блоков питания, а также для различных измерительных схем.

Рисунок взят из даташита компании ON Semiconductor

Ниже приведены два варианта даташит для этой микросхемы

1. Даташит компании ON Semiconductor https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL431-D.PDF
2. Даташит компании Texas Instruments https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Цоколевка этой микросхемы наилучшим образом отображена в даташите компании ON Semiconductor

В даташите Texas Instruments обнаружена одна небольшая деталь

На всех рисунках есть одна надпись «top view» это переводится как «вид сверху» при невнимательном просмотре даташит, не зная, что это может обозначать, можно неправильно распаять на плате.

В одной из своих схем я применил микросхему TL431, и она оказалась неисправной. Поискав по форумам я нашел способ проверки этой микросхемы. А в некоторых местах я видел как вызванивают эту микросхему с помощью мультиметра но, увы, все это не то. Я тоже сначала попытался проверить мультиметром но сразу отложил в сторону это мероприятие. И решил попробовать проверить с помощью универсального тестера компонентов , который был ранее приобретен на алиэкспресс.

Во время проверки составил таблицу. Сначала проверил в режиме двухполюсника (если в таблице указаны два вывода, просто необходимо объединить оба вывода вместе).

Результаты измерения первого экземпляра

	анод, катод

Измерение 1 – REF; 2 — катод.

Измерение 1 – анод; 2 — катод.

Измерение 1 — REF, катод; 2 – анод.

Измерение 1 – REF; 2 – катод, анод.

Измерение 1 – REF, 2 – анод, 3 – катод.

Результаты измерения второго экземпляра.

	анод, катод

Небольшая разница присутствует. Глядя на таблицу замечаешь определенную закономерность. Например, в 4 строке это фактически режим работы TL431 для получения 2,5 вольта. Но самое интересное режим измерения в режиме трехполюсника. В одном случае определяется как транзистор, а во втором случае как отсутствует деталь. Самое интересное в случае когда транзистор определяется: определятся транзистор структуры NPN, вывод REF определятся как эмиттер, анод как база, а катод как коллектор. Между REF и катодом диод катод, которого направлен в сторону катода.

На основании этих данных уже можно судить исправлена микросхема или нет, а также определить цоколевку.

Микросхема TL431

— это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.

Устройство и принцип действия

По внешнему виду устройство напоминает обыкновенный транзистор. Однако, несмотря на три вывода, в состав интегральной схемы (ИС) tl431a входят:

• операционный усилитель (ОУ);
• источник опорного (эталонного) напряжения UREF;
• транзистор, включенный на выходе.

ИС тл431 выполняет контроль такого параметра, как напряжение, и носит название управляемого стабилитрона.

Внимание! Эталонное (опорное) напряжение (UREF) необходимо не для питания цепей микросхемы, а для того чтобы, опираясь на значение этого напряжения, производить стабилизацию на выходе ИС. Если провести аналогию с транзистором, то выполненный с применением биполярных триодов параллельный стабилизатор напряжения (СН) так же обладает тремя выводами:

Если провести аналогию с транзистором, то выполненный с применением биполярных триодов параллельный стабилизатор напряжения (СН) так же обладает тремя выводами:

• «база» – управляющий вход (R0);
• «коллектор» – катод (C);
• «эмиттер» – анод (А).

При работе СН к управляющему входу (R0) и аноду (А) прикладывается положительный потенциал. Ток IКА, протекающий по цепи «катод – анод», представляется стабилизированным выходным сигналом.

Важно! ОУ в составе ИС сравнивает значение UREF с U входящим и на основании этого выполняет стабилизацию. В этой ИМС UREF равно 2,5 В и вырабатывается встроенным источником

Иными словами, транзистор, установленный на выходе ОУ, откроется тогда, когда подаваемое на вход напряжение будет равно или чуть превысит UREF.

Как следует из схемы, на электроде R расположен делитель напряжения из резистивных элементов. Используя внешние делители, реально организовать стабилизацию в интервале Uвх = 2…36 В. При этом максимальный ток может достигать 100 мА.

Интересно. Если накоротко замкнуть выводы первый и третий и не использовать делитель, то напряжение стабилизации такого управляемого стабилизатора будет равно 2,5 В.

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. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

• 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

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.