Технические параметры
Свойства
Предлагаем рассмотреть максимально допустимые рабочие свойства микросхемы. Если при его применении они будут превышены, то устройство будет неминуемо выходить из строя. Длительная эксплуатация с характеристиками, которые близки к предельному значению, тоже недопустимы. Рассмотрим их подробнее:
Напряжение выходного типа, катодное (VКА), по отношению к анодному выводу до 37 В.
- Вероятные токовые значения – для катодного значения непрерывного на выходе (IКА) составляет 100-150 мА, а для обратного при вхождении от 50 до 10 мА.
- Типичный импеданс бывает от 0.22 Ом.
- Мощность рассеиваемого типа (для различных видов упаковки) РD: 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25); 0.8 Вт (SOT-89) и 0,78 Вт (ТО-92).
- Кристаллическая температура (ТJ) – рабочая от -40 до +70 градусов (для определенных автомобильных версий).
- Температура хранения составляет от -65 до +155 градусов.
Рекомендуемые эксплуатационные параметры
При рабочих условиях рекомендованные значения применения стабилизатора является входное напряжение опорного типа не более 36 В, катодный ток должен быть от 1 до 100 мА, а также соблюдение режимов температуры при применении. Следует учесть, что при IКА< 5мА эта микросхема может работать нестабильно. Ниже есть электрические параметры устройства, которые замерены при температурном уровне ТА=25 градусов.
Схемы подключения
Требуется разобраться, как работает элемент на примере простой схемы стабилизации, которая состоит непосредственно из стабилитрона и 1 резистора. В катод требуется подключить положительный, а в анод минусовой полюс для запитки. Для подключения микросхемы, на ее управляющий электрод требуется подавать опорное напряжение. Если значение стабилизатора ТL получится больше 2.5 В, то стабилитрон практически сразу откроется и начинает пропускать через себя электрический ток, которым можно запитывать требуемую нагрузку. Его значение начнет расти вместе с увеличением уровня Vin. А вот ток можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом напряжение выходного типа будет стабилизовано на уровне опорного, которое не более 2.5 В и вне зависимости от подаваемого на входе Vin. Максимальное значение IKA у стабилизатора ограничено не просто 100 мА, но и мощностью корпусного рассеивания.
Расчет параметрической стабилизационной схемы
Регулирование напряжения стабилизации
Для выстраивания схем с возможность регулирования вручную напряжения на выходе, вместо простого первого резистора устанавливают потенциометр. Номинал резистора ограничительного типа, который оказывает сопротивление току на входу, требуется рассчитать по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. При этом IIN = IKA+ IL. Несмотря на преимущества микросхемы, у нее есть достаточно существенный минус – малый ток в нагрузке, который она может выдержать. Для решения такой проблемы в схему требуется подключать полевые или мощные биполярные транзисторы. Примеры разных схем можно увидеть в видео.
Аналоги стабилизатора
Есть микросхемы отечественного производства, которые похожи по своим свойствам на рассматриваемую. Это линейный российский стабилизатор КР142ЕН19. Больше всего подойдут IR943N, ТL432 и LМ431. К устройствам с такой цоколевкой, но немного иными остальными электрическими характеристиками можно отнести НА17431А и КIА431. В роли замены еще можно попробовать применять АРL1431.
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?
TL431
ИМС параллельного стабилизатора напряжения TL431 можно с успехом использовать во множестве приложений, и, в частности, в качестве компаратора с гистерезисом. Для этого используется ее внутренний источник опорного напряжения и лишь нескольких дополнительных внешних компонентов. Этот компаратор с гистерезисом, подобный триггеру Шмитта, можно использовать в качестве простого монитора состояния аккумулятора (Рисунок 1). Верхнее пороговое напряжение VT+ этого компаратора можно вычислить по формуле где VREF – напряжение внутреннего опорного источника ИМС TL431. Согласно спецификации, его типовое значение составляет 2.5 В.
| |
| Рисунок 1. | Параллельный стабилизатор с дополнительными компонентами, работающий как триггер Шмитта, включает светодиод, когда батарея полностью заряжена. |
Если напряжение батареи выше, чем верхнее пороговое напряжение, на катоде ИМС TL431 установится низкий уровень, равный приблизительно 2 В. При этом транзистор Q1 будет открыт, а светодиод LED1 будет светиться. Нижний порог компаратора VT– вычисляется как
Когда вследствие разряда напряжение на батарее окажется меньше нижнего порога VT–, напряжение на катоде ИМС TL431 поднимется до уровня, равного напряжению батареи. Транзистор Q1 выключится, а индикатор LED1 погаснет. LED1 включится снова только тогда, когда после зарядки батареи ее напряжение превысит верхнее пороговое напряжение компаратора.
Примечание редакции
Если необходимо, чтобы светодиод не загорался при включении устройства с интегрированным в него монитором, можно установить между коллектором и эмиттером транзистора Q1 конденсатор емкостью 4.7…10 мкФ.
Для упрощения расчетов прилагается файл «Calculations rus.xls», который позволяется выполнить расчет пороговых напряжений по известным номиналам резисторов R1 и R2, или вычислить номиналы резисторов R1 и R2 в соответствии с необходимыми порогами срабатывания монитора.
Загрузки
Перевод: В.Рентюк по заказу РадиоЛоцман
Кен, как и планировал, провёл реверс-инжиниринг микросхемы по фотографиям, сделанным BarsMonster. Барс в статье упомянул своё общение с Кеном, но этой переводимой статьи тогда еще не было.
Фото кристалла интересной, но малоизвестной, микросхемы TL431, используемой в блоках питания, даёт возможность разобраться в том, как аналоговые схемы реализуются в кремнии. Несмотря на то, что схема на фото выглядит как какой-то лабиринт, сама микросхема относительно проста, и может быть исследована без большого труда. В своей статье я попытаюсь объяснить каким образом транзисторы, резисторы и другие радиодетали запакованы в кремний для выполнения своих функций.
Фото кристалла TL431. Оригинал Zeptobars. TL431 является «программируемым прецизионным источником опорного напряжения» и обычно используется в импульсных источниках питания для реализации обратной связи в случае, когда выходное напряжение слишком велико или, наоборот, мало. Используя участок цепи, называемый бандгапом (источник опорного напряжения, величина которого определяется шириной запрещённой зоны), TL431 предоставляет стабильный источник опорного напряжения в широком температурном диапазоне. На блок-схеме TL431 видны 2.5-вольтовый источник опорного сигнала и компаратор, но, глядя на фото кристалла, можно заметить, что внутреннее устройство микросхемы отличается от чертежа.
Блок-схема TL431, взятая из даташита.
У TL431 длинная история: он был выпущен еще в 1978 году и с тех пор побывал во множестве устройств. Он помогал стабилизировать напряжение в блоке питания для Apple II, а сейчас используется в большинстве ATX блоков питания и даже в зарядных устройствах для iPhone и прочих девайсов. И MagSafe-коннекторы, и адаптеры для ноутбуков, и микрокомпьютеры, LED драйверы, блоки питания для аудиотехники, видеоприставки, телевизоры . Во всей этой электронике присутствует TL431.
Фотографии ниже показывают TL431 внутри шести различных БП. TL431 выпускается самых разных форм и размеров. Два наиболее популярных форм-фактора показаны ниже. Возможно, причина того, что TL431 не привлекает особого внимания, заключается в том, что он больше похож на обычный транзистор чем на микросхему.
Шесть примеров схем БП, использующих TL431. Верхний ряд: дешёвый 5-вольтовый БП, дешёвое ЗУ для телефона, ЗУ для Apple iPhone (на фото можно еще заметить GB9-вариацию). Нижний ряд: MagSafe адаптер, ЗУ KMS USB, Dell ATX БП (на переднем плане — оптопары)
Схемы включения TL431
Разберемся как работает TL431 на примере простейшей схемы стабилизации, состоящей из самого стабилитрона и одного резистора. К катоду подключается положительный, а к аноду отрицательный полюс питания. Для включения микросхемы, на её управляющий электрод подается опорное напряжение (Vref).
Если его значение будет больше 2.5 В, то стабилитрон почти сразу откроется и начнет пропускать через себя ток (IKA), которым можно запитать соответствующую нагрузку. Его значение будет расти вместе с повышением уровня Vin . IKA можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом, выходное напряжение схемы будет стабилизировано на уровне опорного (VКА = Vref), не превышающего 2.5 В и независимо от подаваемого на входе Vin.
Расчет параметрической схемы стабилизации
Для получения на выходе микросхемы большего по величине напряжения (вплоть до 36 В), к её управляющему электроду дополнительно подсоединяют резистивный делитель. Он состоит из двух резисторов (R1 и R2) подключаемых между катодом и анодом. В этом случае внутреннее сопротивление стабилитрона возрастает на (1 + R1/R2) раз.
Для расчета схемы стабилизации на TL431 необходимы начальные данные о входном(VIN) и выходном (VКА) напряжениях, а также токах: стабилизации (IKA) и нагрузки (IL). Имея эти данные можно рассчитать значения других электронных компонентов, представленных на рисунке ниже.
Выходное напряжение и номиналы сопротивлений связаны между собой следующей формулой VКА= Vref *(1 + R1/R2)+ Iref *R1. Где Vref = 2495 мВ и Iref = 2 мкА -это типовые величины, они указаны в электрических параметрах из даташит на устройство.
Сопротивление R1 также можно взять из datasheet. Чаще всего берут с номиналами от 10 до 30 кОм. Значение R1 ограничено небольшим опорным током (Iref = 2 мкА), которым часто пренебрегают для расчетов схем стабилизации на TL431. Поэтому для вычисления значения R2, без учета Iref, можно использовать следующую формулу R2=R1/((VКА/Vref)-1).
Регулировка напряжения стабилизации
Для построения схем с возможностью ручной регулировки напряжения на выходе, вместо обычного R1 ставят потенциометр. Номинал ограничительного резистора R, оказывающего сопротивление току на входе (IIN), рассчитывают по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. Здесь IIN = IKA+ IL.
Несмотря на достоинства микросхемы TL431, есть у неё и весьма существенный недостаток– это маленький ток в нагрузке, который она способна выдержать. Для решения этой проблемы в схему включают мощные биполярные или полевые транзисторы.
Примеры различных схем на основе стабилитрона TL431 можно посмотреть в следующем видео.
Технические характеристики
Как проверить стабилитрон мультиметром
ИС tl431a описание которой объясняет её работу, имеет следующие параметры:
- интервал Uвх – от 2,5 до 36В;
- Rвых – 0,2 Ом;
- допустимый ток в прямом направлении – от 1 до 100 мА;
- линейка погрешности (%) – 0,5%, 1%, 2%.
Микросборка не содержит в своём составе свинца, термостабильна на всём интервале рабочей температуры и отличается низким уровнем выходного шума.
Электрические характеристики LT431
Точностные характеристики
Стабилизаторы тока tl431имеют точность заявленных по паспорту завода-изготовителя характеристик. Главный параметр UREF=2,495 В. Он определялся при следующих условиях:
- при токе через катод 10 мА;
- при Т окр.ср. = +250С;
- в режиме замыкания входа R на катод К.
Реальная величина UREF в определённой схеме может зависеть от нескольких причин:
- переменных температурных отклонений;
- воздействия напряжения UAK (между анодом и катодом);
- влияния IK (тока катода) на крутизну преобразований.
В любом случае отклонение значения UREF – не больше 20-40 мВ.
Частотные характеристики
АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) стабилитрона tl431может быть описана простой моделью, включающей в себя идеальный преобразователь напряжения в ток. На его выходе в роли шунта выступает ёмкость С = 70 нФ. Когда стабилизатор работает на нагрузку, имеющую сопротивление Rн = 230 Ом, то АЧХ имеет спад, начиная с отметки 10 кГц.
К сведению. Если рассчитать частоту усиления без учёта Rн, то она равна примерно 2 МГц. Однако спад АЧХ на высших частотах происходит быстрее расчётной и составляет 1 МГц. Такие особенности не влияют на работоспособность ИС и могут не учитываться.
Как проверить TL431?
«Прозвонить» эту микросхему как обычный стабилитрон нельзя.
Чтобы убедиться в ее исправности, нужно собрать небольшую схему для проверки.
При этом выходное напряжение в первом приближении описывается формулой
Vo = (1 + R2/R3) * Vref (см даташит*), где Vref — опорное напряжение, равное 2,5 В.
При замыкании кнопки S1 выходное напряжение будет иметь величину 2,5 В (опорное напряжение), при отпускании ее – величину 5 В.
Таким образом, нажимая и отжимая кнопку S1 и измеряя мультиметром сигнал на выходе схемы, можно убедиться в исправности (или неисправности) микросхемы.
Проверочную схему можно сделать в виде отдельного модуля, используя 16-контактный разъем для DIP-микросхемы с шагом выводов 2,5 мм. Питание и щупы тестера подключаются при этом к выходным клеммам модуля.
Для проверки микросхемы нужно вставить ее в разъем, понажимать кнопку и посмотреть на дисплей тестера.
Если микросхема не вставлена в разъем, выходное напряжение будет равным примерно 10 В.
Вот и все! Просто, не правда ли?
*Даташит – это справочные данные (data sheets) на электронные компоненты. Их можно найти поисковиком в Интернете.
С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!
Обсуждение: 9 комментариев
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.
Привет, скажите, хочу переделать блок питания с 12в на 17в, тлка есть, но катод и управляющий по схеме спаяны,так что разрезать дорожку и впаять переменник или как увеличить напряжение,спасибо.
Виктор, если это компьютерный блок питания, то можно включить последовательно напряжения +12В и +5В, как раз и будет 17В. Без всяких переделок.
Здравствуйте, Виктор. Получить 17 В так, как это вы предлагаете, не получится. Дело в том, что 5В и 12В обмотки конструктивно уже соединены в трансформаторе через общую землю. То есть, соединив +12В на +5В вы просто устроите КЗ. 12 В цепь будет работать на 5 В цепь как на нагрузку с низким внутренним сопротивлением и блок питания сгорит. В простейшем случае получить + (-) 17 (или, например + (-) 24 В) можно путем подключения, например к — 5 В выходу и к +12 В выходу. Между ними как раз и будет 17 В, но при этом нужно будет не допускать соприкосновения корпуса БП с землей устройства, которое вы питаете. Аналогично можно получить 24 В, если подключить свое устройство между +12В и -12В. Подобные простые варианты использования БП с повышенным напряжением питания имеют недостатки. Во-первых, ток потребляемый от такого источника будет ограничиваться возможностями БП по току в цепях -12В и -5В. Предельный ток в этих цепях, как правило не больше 0,5 А. Для увеличения тока, нужно вместо штатных диодов типа RF102 (их ток 1 А) поставить диоды Шоттки с отрицательным выходным напряжением или, в крайнем случае, в параллель штатным диодам, можно впаять несколько аналогичных на требуемый ток. При этом также необходимо увеличить емкость электролитических конденсаторов с 100-470 мкФ до 1000-2000 мкФ. Есть и другие способы. Например можно изменить величину резистора в цепи обратной связи (с выхода +5В на первую ножку, например микросхемы DBL494), который определяет постоянный уровень напряжения (+5В). Но в этом случае не во всех блоках питания удается «обмануть» схему стабилизации напряжения и существенно изменить напряжение, более чем на 1,5-2 В без нарушения работы БП (может срабатывать защита или появляться в момент питания выбросы напряжения). Такой фокус проходит в простых, древних схемах. Удавалось, таким образом регулировать напряжение с +/- 12 В до +/-20 В (требуется перепайка электролитов на напряжение не менее 25 В). Есть и другие варианты с доработкой конструкции трансформатора. Обмотки 5 В и 12 В, в большинстве трансформаторов, конструктивно, выполнены в виде нескольких параллельно включенных обмоток. Если их разъединить и включить в качестве дополнительных обмоток, можно получить несколько вариантов более высоких выходных напряжений. К этим дополнительным можно подключить диоды Шоттки, рассчитанные на это напряжение и требуемый ток и получить из компьютерного блока питания мощный, высокостабильный источник питания для Hi-Fi усилителя большой мощности с напряжением от (+/-) 17 до 36 В. Если кому, интересно, то более подробно о этих вариантах я расскажу в ближайших выпусках на своем канале High-End в ФБ и Ютубе. Ссылка по запросу.
Добрый день. Подскажите как поднять напряжение с5,3 до 12 В на зарядном собрании на базе tl431. Что нужно поменять?
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.
Схема для блоков на 15 В
Стабилитрона TL431 схема включения через блок на 15 В осуществляется при помощи одноступенчатого преобразователя. В свою очередь, модулятор подходит с емкостью на уровне 5 пФ. Резисторы применяются исключительно селективного типа. Если рассматривать модификации с триггерами, то параметр порогового напряжения не превышает 3 Вт. Точность стабилизации находится в районе 3%. Фильтры для системы подходят как открытого, так и закрытого типа.
Также важно отметить, что в цепи может устанавливаться расширитель. На сегодняшний день модели выпускаются в основном коммутируемого типа. У модификаций с трансиверами проводимость тока не превышает 4 мк
В данном случае показатель чувствительности стабилитрона колеблется в районе 30 мВ. Выходное сопротивление при этом достигает примерно 80 Ом
У модификаций с трансиверами проводимость тока не превышает 4 мк. В данном случае показатель чувствительности стабилитрона колеблется в районе 30 мВ. Выходное сопротивление при этом достигает примерно 80 Ом.
