Tl431 транзистор – MOSFET + TL431 = Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения с минимальным падением

Микросхема TL431 datasheet: описание, назначение, технические характеристики

Микросхема TL431 datasheet создана в конце 70-х годов, однако и по сегодняшний день она широко применяется в радиолюбительской деятельности и в промышленности. Эта микросхема представляет собой интегральный регулируемый стабилизатор, который нашел широкое применение в различных блоках питания.

Описание работы

TL431 datasheet имеет всего три вывода, однако в ее корпусе спрятано десять транзисторов (компаратор). Функции этого устройства и обычного стабилизатора похожи. Однако, благодаря подобному усложнению, микросхема имеет более высокий уровень термостабильности, а также повышенную крутизну характеристики. Главной особенностью такого прибора является способность при помощи внешнего делителя изменять напряжение стабилизации в пределах 2,5-30 В. У некоторых моделей нижний порог может составлять 1,25 В. Схема компаратора, интегрированного в изделие datasheet TL431, состоит из следующих компонентов:

  • встроенный источник (весьма стабильный) опорного напряжения 2,5 В, который подключается к инверсному входу компаратора;
  • один вход прямого уровня;
  • на выходе компаратора транзистор, эмиттер и коллектор которого объединены с контактами питания;
  • диод для защиты от переполюсовки.

Транзистор имеет максимальный ток нагрузки 100 мА, а максимальное напряжение — 36 В. Для того чтобы сработал встроенный компаратор (соответственно, открылся транзистор на выходе микросхемы), необходимо на его вход подать напряжение выше опорного. На входе микросхемы включен делитель напряжения, состоящий из двух резисторов, он делит величину напряжения пополам. Это значит, что компаратор откроется при поступлении на вход схемы 5 В, на выходе делителя же получаем 2,5 В. Если увеличивать сопротивление резистора, то необходимо также увеличивать и напряжение питания. Получается, что данная микросхема может работать в качестве стабилитрона в пределах 2,5-36 В.

Назначение и сфера применения

Не существует ни одного компьютерного блока питания, в котором бы не было микросхемы TL431 datasheet. Также ее можно встретить практически во всех импульсных маломощных источниках питания, например, в зарядках для мобильных телефонов. Эти микросхемы можно использовать не только по прямому назначению (стабилитрон для блоков питания), но и создавать на их базе различные световые индикаторы и звуковые сигнализаторы. С помощью таких приборов отслеживают множество различных параметров (но основным все-таки является напряжение). Существует множество схем на базе TL431 datasheet, благодаря которым можно собрать устройства, контролирующие уровень жидкости в емкости, влажность и температуру, давление газа или жидкости, освещенность. Перечисленные варианты — не единственно возможные, применение данной микросхемы на самом деле весьма широко, все зависит от желания конструктора.

Очень часто начинающие радиолюбители интересуются, чем можно заменить TL431. Аналог, конечно, существует. Так, можно использовать импортные изделия КА431 и отечественные устройства КР142ЕН19А, К1156ЕР5х.

Подведем итоги

Интегральная микросхема компании «TEXAS INSTRUMENTS» весьма надежна, имеет широкий рабочий диапазон, проста в эксплуатации, а самое главное, имеет доступную цену. Благодаря своим характеристикам, она выпускается более сорока лет и до сих пор остается востребованной.

fb.ru

MOSFET + TL431 = Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения с минимальным падением

LDO = low dropout = малое минимальное падение напряжения на проходном элементе

Идеальный стабилизатор напряжения 🙂

Для популярного трёх-выводного интегрального стабилизатора LM317 (datasheet) минимальное падение напряжения, при котором ещё нормируется его работа — 3 Вольта. Причём в документации этот параметр явно нигде не указан, а так, скромненько, в условиях измерений упоминается. В большинстве же случаев подразумевается, что падение на чипе 5 Вольт и более:
«Unless otherwise specified, VIN − VOUT = 5V».

Баба Яга — против! Жалко терять 3 Вольта на глупом проходном транзисторе. И рассеивать лишние Ватты. Популярное решение проблемы — импульсные стабилизаторы — здесь не обсуждаем по причине того, что они свистят. С помехами можно бороться, но, как известно: кто не борется — тот непобедим! 😉

Идея
Идея данной схемки восходит к одному из многочисленных datasheet’ов на TL431. Вот, например, что предлагают National Semiconductor / TI:

Vo ~= Vref * (1+R1/R2)

Сам по себе такой регулятор не шибко интересен: на мой взгляд он ни чем не лучше, чем обычные трёхвыводные стабилизаторы 7805, LM317 и тому подобные. Минимальное падение на проходном дарлингтоне меньше 2 Вольт тут вряд ли удастся получить. Да к тому же никаких защит ни по току, ни от перегрева. Разве что транзисторы можно ставить на столько толстые, на сколько душа пожелает.

Недавно мне понадобилось-таки соорудить линейный стабилизатор с минимальным падением напряжения. Конечно, всегда можно извернуться, взять трансформатор с бОльшим напряжением на вторичке, диоды Шоттки в мост поставить, конденсаторов накопительных поболе… И всем этим счастьем греть трёхвыводной стабилизатор. Но хотелось-то изящного решения и с тем трансом, что был в наличии. Какой проходной регулятор может обеспечить падение близкое к нулю? MOSFET: у современных мощных полевиков сопротивление канала может быть единицы милли-Ом.

Простая замена дарлингтона на полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом (т.е. самый обычный MOSFET) в схеме выше — не особо поможет. Так как пороговое напряжение затвор-исток будет Вольта 3-4 у обычных, и всё одно больше Вольта у «логических» MOSFET’ов — чем и будет задано минимальное проходное напряжение на таком стабилизаторе.

Интересно могло бы получиться при использовании полевика, работающего в режиме обеднения (т.е. со встроенным каналом), или с p-n переходом. Но к сожалению, мощные устройства этих типов нынче практически недоступны.

Спасает дополнительный источник напряжения смещения. Такой источник совсем не должен быть сильноточным — несколько миллиАмпер будет достаточно.

Схема — скелетик

Работает это всё очень просто: когда напряжение на управляющем входе TL431, пропорциональное выходному напряжению, падает ниже порогового (2.5V) — «стабилитрон» закрывается и «отпускает» затвор полевика «вверх». Ток от дополнительного источника через резистор «подтягивает» напряжение на затворе, а, следовательно, и на выходе стабилизатора.
В обратную сторону, при увеличении выходного напряжения, всё работает аналогично: «стабилитрон» приоткрывается и уменьшает напряжение на затворе полевика.
TL431 суть устройство линейное, никаких защёлок в ней нету:

TL/LM431 — эквивалентная блок-схема

Реальность
В схеме реального устройства я всё же добавил защиту по току, пожертвовав пол-Вольта падения в пользу безопасности. В принципе, в низковольтных конструкциях часто можно обойтись плавким предохранителем, так как полевые транзисторы доступны с огромным запасом по току и при наличии радиатора способны выдерживать бешеные перегрузки. Если же и 0.5 Вольта жалко, и защита по току необходима — пишите, ибо есть способы 😉

Низковольтный линейный стабилизатор напряжения с минимальными потерями

30 января 2012: Проверено 🙂 Работает отлично! При токах нагрузки примерно от 2А и выше — мощные диоды желательно усадить на небольшой радиатор. R8=0; C7=0.1 … 10мкФ керамика или плёнка.

При номиналах R5-R6-R7, указанных на схеме, диапазон регулировки выходного напряжения примерно от 9 до 16 Вольт. Естественно, реальный максимум зависит от того, сколько может обеспечить трансформатор под нагрузкой.
R4 необходимо использовать достойной мощности: PmaxR4 ~= 0.5 / R. В данном примере — двухватник будет в самый раз.

Где это может понадобиться
Например: в ламповой технике для питания накальных цепей постоянным током.
Зачем постоянный, да ещё так тщательно стабилизированный ток для питания нитей накала?

  1. Исключить наводки переменного напряжения в сигнальные цепи. Путей для просачивания «фона» из накальных цепей в сигнал несколько (тема для отдельной статьи!)
  2. Питать накал строго заданным напряжением. Есть данные, что превышение напряжения накала на 10% от номинального может сократить срок службы лампы на порядок. Нормы же допусков для напряжения питающей сети плюс погрешности исполнения трансформаторов и т.п. — 10% ошибки легко набежит.

Для 6-вольтовых накалов необходимо уменьшить R5: 5.6КОм будет в самый раз.

Что можно улучшить
Например, для питания нитей накала полезно добавить плавный старт. Для этого достаточно будет увеличить C4 скажем до 1000мкФ и включить между мостом и C4 резистор сопротивлением в 1КОм.

Немножко окололамповой мифологии
Позволю себе пройтись по поводу одного стойкого заблуждения, утверждающего, будто питание накала «постоянкой» отрицательно сказывается на «звуке».
Наиболее вероятный источник происхождения этого мифа, как водится — недостаток понимания и кривые ручки. Например: один трансформатор запитывает и аноды и накал. Номинальный ток накальной обмотки, скажем, 1А, который до этого питал накал ламп напрямую, и те потребляли чуть меньше этого самого 1А. Всё работало хорошо, может быть фонило чуток. Если теперь некий паяльщик-такелажник, мнящий себя «tube-guru», вдруг запитал те же лампы от той же обмотки но уже через выпрямитель/конденсатор/стабилизатор — всё, хана усилку! Объяснение простое, хотя не для всех очевидное:

  1. Во-первых, трансформатор теперь перегружен из-за импульсного характера тока заряда накопительной ёмкости (нужна отдельная статья!) Если вкратце: надо брать транс с номинальным током вторички примерно в 1.8 раза больше, нежели выпрямленный ток нагрузки.
  2. Во-вторых — ударные токи заряда накопительных емкостей в источнике питания накала ничего хорошего в анодное питание не добавят.

 

Здесь я не претендую на уникальность. Хоть и додумался я когда-то сам до этой полезной схемки, после мне уже доводилось встречать подобные решения ещё у нескольких серьёзных разработчиков. Просто хочу поделиться с вами, друзья, своими наработками, мыслями…

  • Вам было интересно? Напишите мне!

Друзья мои, собратья по интересам! Пишу и буду развивать этот блог — идей море и опыта уже накоплено предостаточно — есть чем поделиться. Времени как всегда мало. Что было бы интересно лично Вам?

Спрашивайте, предлагайте: в комментариях, или по e-mail (есть в моём профайле). Спасибо!

Всего Вам доброго!
— Сергей Патрушин.

P.S.: Продолжение темы ЗДЕСЬ: LDO прототип в бочке

myelectrons.ru

TL431, что это за «зверь» такой?

 TL431. TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности. Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями. В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой. Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, «даташиту» (кстати, аналогами этой микросхемы являются — КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х). А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?

Устройство TL431.

Оказывается, всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения. Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно — роль стабилитрона. Ещё его называют «Управляемый стабилитрон». Как он работает? Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает. Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения — 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 — напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта. Значит, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) усилителя, подать напряжение чуть превышающее опорное (2,5 вольт). Если сказать по простому, TL431 — это что то типа полевого транзистора (транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта, подаваемого на его вход. Порог открытия выходного транзистора очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.

Схема на TL431.

Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода. Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника делится пополам), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении, чуть превышающем 5 вольт. На входе R в этом случае с делителя R2-R3 будет сниматься чуть больше 2,5 вольт. То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении питания — чуть превышающем 5 вольт. Если увеличить сопротивление резистора R3, то необходимо будет увеличить напряжение источника питания больше 5 вольт, чтобы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки. Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например, изменяя величину R3 — можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) — то есть мы получим управляемый стабилитрон. Или если подобрать делитель, не изменяя его в дальнейшем — можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении. Вывод; — если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 — 36 вольт (максимальное ограничение по «даташиту»). Напряжение стабилизации в 2,5 вольта — получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3. Тогда возникают ещё вопросы. можно ли, например, заменить TL431 обычным операционником? — Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП — напряжение, подаваемое на вход микросхемы, было равно опорному. Ещё один вопрос — а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что-то подобное? — Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например, такая;

Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается — называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое-либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или, например, включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи. Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например, подстроечный резистор 1,0 — 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса. Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором — в нижнее. И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.

Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.

qth.kz

Что такое TL431 CAVR.ru


Рассказать в:

Рис. 1 TL431.

            

TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.
В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему («даташит»).
А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?

Рис. 2 Устройство TL431.

Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный компаратор, и что это такое, мы уже знаем.
Только здесь он играет немного другую роль, а именно — роль стабилитрона. Ещё его называют «Управляемый стабилитрон».
Как он работает?
Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, компаратор имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе компаратора, коллектор(К) и эмиттер(А) которого объединены с выводами питания компаратора и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.

Рис. 3 Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает.
Мы уже знаем, что внутри микросхемы (компаратора) имеется встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 — напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.
Значит, чтобы сработал компаратор (открылся выходной транзистор), необходимо на его вход (R) подать напряжение чуть превышающее опорное.

Рис. 4 Схема на TL431.

Из схемы видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
Так как резисторы делителя одинаковые, то компаратор сработает при напряжении, чуть превышающем 5 вольт. Это 2,5 вольта — встроенный источник, и 2,5 вольта — напряжение, снимаемое с делителя R2,R3 при напряжении питания 5 вольт.
То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении питания — чуть превышающем 5 вольт.
Если увеличить сопротивление резистора R3, то необходимо будет увеличить напряжение источника питания больше 5 вольт, что бы напряжение на входе R микросхемы достигло 2,5 вольт.
А как же ток питания компаратора? Почему светодиод не горит, когда закрыт транзистор?
Всё очень просто, ток потребления встроенного компаратора — единицы микроампер, его не хватает, чтобы открыть исполнительное устройство и им можно пренебречь.
Получается, что если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 — 36 вольт (максимальное ограничение по даташиту) — ответ «ДА».
Тогда возникают ещё вопросы. можно ли например заменить TL431 обычным компаратором?

— Можно, только необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на компаратор отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство.
Можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП — напряжение подаваемое на вход компаратора было равно опорному.
Ещё один вопрос — а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?

— Можно, но так как она отличается от обычного компаратора наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;

Рис. 5 Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается — называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня переменным резистором, сработает реле (или какое либо исполнительное устройство) и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.
Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ПОС между выводами 1-3, например переменный резистор 1,0 — 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.
Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором — в нижнее.
И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема в схеме мощного блока питания, для питания трансиверов, которая приведена на рисунке 6.

Рис. 6 Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.



Раздел:
[Теоретические материалы]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:



www.cavr.ru

Терморегулятор на TL431.

Подробности
Категория: Электроника в быту

 

   TL431 — регулируемый стабилитрон — очень известная всем деталь, часто использованная радиолюбителями в схемах блоков питания компьютеров или различных зарядных устройств.  Принцип работы стабилитрона TL431 таков: при превышении напряжения на 2,5 В на управляющем электроде (напряжение задается внутренним опорным напряжением) стабилитрон открыт и через него и нагрузку протекает ток. При напряжении меньше указанного порога, т.е. 2,5 В стабилитрон закрывается и отключает нагрузку.

   При работе в источниках питания такого стабилитрона, в случаях, когда необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей в качестве нагрузки чаще всего используется излучающий светодиод оптрона, управляющего силовым транзистором.

    Если гальванической развязки не требуется, то регулируемый стабилитрон может управлять непосредственно силовым транзистором. Мощности TL431 достаточно для управления маломощным реле.

    Рассмотрим более детально схему терморегулятора с необычным применением регулируемого стабилитрона TL431. Стабилитрон используется в роли компаратора с одним входом. Опорное напряжения вырабатывается внутри стабилитрона. Это позволяет упростить конструкцию и максимально уменьшить количество используемых деталей. Теперь о деталях и собственно о принципе работы схемы терморегулятора.


Схема простого терморегулятора на TL431

    Напряжение на управляющем электроде 1 стабилитрона задается с помощью потенциометра R1, резистора R2 и терморезистора с отрицательным ТКС R4 типа КМТ, ММТ, СТ1. При нагревании терморезистора его сопротивление уменьшается. Пока на выводе 1 стабилитрона напряжение выше 2,5В — стабилитрон открыт и реле (РЭС-55А с обмоткой на 10…12В) включено.

    Реле своими контактами открывает симистор КУ208Г D2, который в свою очередь включает нагрузку до 1,5КВт, при наличии радиатора на симисторе и до 250Вт без применения радиатора. Реле обеспечивает гальваническую развязку датчика — терморезистора от сети 220В.

     При повышении температуры сопротивление терморезистора R4 уменьшается, на выводе 1 стабилитрона напряжение падает ниже 2,5В – реле вместе с нагрузкой отключается. Потенциометром R1 производится настройка значения температуры срабатывания терморегулятора.

     Температурный датчик необходимо установить в зоне измерения температуры.

Добавить комментарий

radiofanatic.ru