Обратная связь на tl431 как работает: TL431 datasheet, TL431 схема включения, цоколевка, аналог

TL431 datasheet, TL431 схема включения, цоколевка, аналог

Про светодиоды уже написал достаточно много, теперь читатели не знают как их правильно и питать, чтобы они не сгорели раньше положенного срока. Теперь продолжаю ускоренно пополнять раздел блоков питания, стабилизаторов  напряжения и преобразователей тока.

В десятку популярных электронных компонентов входит регулируемый стабилизатор TL431 и его брат  ШИМ контроллер TL494. В источниках питания он выступает в качестве «программируемого источника опорного напряжения, схема включения очень простая.  В импульсных блоках питания на ТЛ431 бывает реализована обратная связь и опорное напряжение.

Ознакомитесь с характеристикам и даташитами других ИМС применяемых для питания LM317, TL431, LM358, LM494.

Содержание

• 1. Технические характеристики
• 2. Схемы включения TL431
• 3. Цоколёвка TL431
• 4. Datasheet на русском
• 5. Графики электрических характеристик

Технические характеристики

Вид корпусов ТЛ431

Широкое применение  получила благодаря  крутости своих технических характеристик и стабильностью параметров при разных температурах. Частично функционал похож на известную LM317, только она работает на малой силе тока и предназначена для регулировки. Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. Аналог TL431 будет отечественная КР142ЕН19 и импортная К1156ЕР5, их параметры очень похожи. Других аналогов особо не встречал.

Основные характеристики:

1. ток на выходе до 100мА;
2. напряжение на выходе от 2,5 до 36V;
3. мощность 0,2W;
4. температурный диапазон TL431C от 0° до 70°;
5. для TL431A от -40° до +85°;
6. цена от 28руб за 1 штуку.

Подробные характеристики и режимы работы указаны  в даташите на русском в конце этой страницы или можно скачать tl431-datasheet-russian.pdf

Пример использования на плате

Стабильность параметров зависит от температуры окружающей среды, она очень стабильная, шумов на выходе мало и напряжение плавает +/- 0,005В по даташиту. Кроме бытовой модификации TL431C от 0° до 70°  выпускается вариант с более широким температурным диапазоном TL431A от -40° до 85°. Выбранный вариант зависит от назначения устройства. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры.

Проверить исправность микросхемы мультиметром нельзя, так как она состоит из 10 транзисторов. Для этого необходимо собрать тестовую схему включения, по которой можно определить степень исправности, не всегда элемент полностью выходит из строя, может просто подгореть.

Схемы включения TL431

Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Часто применяется в  стабилизаторах тока в зарядных USB устройствах, промышленные блоки питания,  принтеров  и другой бытовой техники.

TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компьютера, позаимствовать можно из него. Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть.

На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применение очень большое, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.

Цоколёвка TL431

Как показывает практика, цоколевка TL431 может быть разной, и зависит от производителя. На изображении показана распиновка  из даташита Texas Instruments. Если вы её извлекаете из какой нибудь готовой платы, то цоколевку ножек можно увидеть по самой плате.

Datasheet на русском

Многие радиолюбители не очень хорошо знают английский язык и технические термины. Я достаточно неплохой владею языком предполагаемого противника, но при разработке меня всё равно напрягает постоянное вспоминание перевода электрических терминов на русский.  Перевод  TL431 datasheet на русском сделал наш коллега, которого и благодарим.

Графики электрических характеристик

Проектирование цепи обратной связи по напряжению

Единственная функция контура обратной связи по напряжению — сохранение постоянного значения выходного напряжения. Осложнения возникают в таких областях как реакция на переменную нагрузку, точность выходного сигнала, несколько выходов и изолированные выходы. Все эти факторы могут стать «головной болью» для проектировщика, однако, если подходы к проектированию осознаны, то каждое из осложнений легко может быть удовлетворительно разрешено.

Сердцем контура обратной связи по напряжению является операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления, называемый усилителем ошибки, который усиливает разницу между двумя напряжениями и создает напряжение рассогласования. В источниках питания одно из этих напряжений — это опорное напряжение, а второе соответствует уровню выходного напряжения. Выходное напряжение обычно делится до уровня опорного напряжения еще до того как подается на усилитель ошибки. Этим создается точка «нулевой ошибки» для усилителя ошибки. Если выход отклоняется от этого «идеального» значения, то напряжение рассогласования на выходе усилителя значительно изменяется. Это напряжение затем используется источником питания для организации коррекции длительности импульсов с целью приведения выходного напряжения обратно к его идеальному значению.

Основные аспекты проектирования, имеющие отношение к усилителю ошибки:

•                он должен иметь высокий коэффициент усиления при постоянном токе, который обеспечивал бы хорошую стабилизацию выхода по нагрузке;

•                он должен иметь хорошую реакцию на высокой частоте, что обеспечивает хорошую переходную характеристику при изменениях нагрузки.

Стабилизация выхода по нагрузке (output load regulation) определяет, насколько стабильным поддерживается выходное напряжение с изменением нагрузки отслеживаемого выхода. Продолжительность переходных процессов (transient response) определяет, насколько быстро выходное напряжение возвращается к его номинальному значению после отклика на изменение нагрузки. Эти вопросы относятся к области компенсации контура обратной связи, подробно освещенной в Приложении Б.

Примером элементарного приложения обратной связи по напряжению является неизолированный импульсный источник питания с одним выходом. Если пренебречь компенсацией усилителя ошибки, то конструкция окажется совсем простой. Исследуем ситуацию, при которой стабилизируется выход 5 В, а внутри схемы управления обеспечено опорное напряжение 2,5 В (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Схема неизолированной обратной связи по напряжению

Для того чтобы начать процесс, следует решить, сколько считываемого тока должно быть получено через резистивный делитель выходного напряжения. Для получения разумных значений компенсации для усилителя ошибки в верхнем плече резистивного делителя следует использовать значения сопротивления в диапазоне 1,5-15 кОм. В качестве тока считывания резистивного делителя будем использовать ток силы 1 мА. В результате резистор в нижнем плече делителя (R\)\

Ri = 2,5 В / 0,001 А = 2,5 кОм

Точность выходного напряжения напрямую зависит от допустимого отклонения номиналов резисторов, использованных в делителе напряжения, и точности опорного напряжения. Для определения результирующей точности все допустимые отклонения складываются. То есть, если внутри делителя используются два резистора с допустимым отклонением 1%, а допустимое отклонение опорного напряжения составляет 2%, то в конечном выходном напряжении следует ожидать допустимого отклонения 4%.

В продолжение рассматриваемого примера проекта используем ближайшее значение сопротивления резистора с допустимым отклонением 1%— 2,49 кОм. Это дает следующий фактически считываемой ток:

I_s = 2,5 В / 2,49 кОм = 1,004 мА

Верхний резистор (R₂) в резисторном делителе будет иметь сопротивление R₂ = (5,0 В – 2,5 В) / 1,004 мА = 2,49 кОм

На этом расчет завершен. Позже необходимо выполнить компенсацию вокруг усилителя, чтобы установить усиление постоянного тока и характеристики полосы пропускания.

Если у источника питания присутствует несколько выходов, то следует побеспокоиться об их перекрестной стабилизации. Обычно только один или несколько выходов могут опрашиваться усилителем напряжения рассогласования. В этом случае неопрашиваемые выходы могут стабилизироваться только внутренними способностями к перекрестной стабилизации трансформатора и/или выходных фильтров. Это может привести к проблемам, поскольку изменение нагрузки на опрашиваемых выходах приводит к значительному изменению состояния неопрашиваемых выходов. И наоборот, если нагрузка на неопрашиваемых выходах изменяется, это неадекватно воспринимается через связь в трансформаторе с опрашиваемыми выходами, чтобы получить хорошую стабилизацию.

Для того чтобы существенно улучшить перекрестную стабилизацию выходов, можно считывать более одного выходного напряжения. Это называется опросом нескольких выходов (multiple output sensing). Обычно непрактично опрашивать все выходы, да в этом и нет необходимости. Примером улучшенной перекрестной стабилизации может служить типичный обратноходовый преобразователь с выходами +5 В, +12 В и -12 В. Когда нагрузка на выходе +5 В изменяется от половины номинальной до полной, напряжение на выходе +12 В стремится к значению +13,5 В, а на выходе -12 В — к значению -14,5 В.

Это указывает на плохие внутренние способности трансформатора к перекрестной стабилизации, которые можно немного улучшить с помощью методик филярной намотки, рассмотренной в разделе 3.5.9. Если выходы +5 В и +12 В опрашиваются, а затем выход +5 В нагружается так, как описано выше, то напряжение на выходе +12 В стремится к значению +12,25 В, а на выходе -12 В— к значению -12,75 В.

Опрос нескольких выходов осуществляется путем использования двух резисторов в верхнем плече резисторного делителя считываемого напряжения. Верхние концы резисторов подключены к выходам с разным напряжением (рис. 3.44).

Рис. 3.44. Опрос нескольких выходов

Средняя точка резисторного делителя становится точкой суммирования тока, в которой часть общего считываемого тока получается из каждого из считываемых выходных напряжений.

Еще раз вернемся к источнику питания с выходами +5 В, +12 В и -12 В. Поскольку нагрузки выходов +/-12В обычно обеспечивают мощность для операционных усилителей, сравнительно устойчивых к изменениям напряжения на их линиях V

На первом шаге определим разбиение тока. Чем меньше считываемый ток, полученный с конкретного выхода, тем хуже стабилизация этого выхода. Определим разбиение тока следующим образом: 70% для выхода +5 В и 30% для выхода +12 В. Тогда сопротивление R₂:

R₂ = (5,0 В – 2,5 В) / (0,7 ■ 1,004 мА) = 3557 Ом

R₂ = 3,57 кОм (ближайшее значение)

Для резистора R₃ на выходе +12 В:

Лз = (12 В – 2,5 В)/(0,3 ■ 1,004мА) = 31,5 кОм

При опросе нескольких выходов наблюдаются улучшения во всех комбинациях нагрузки.

Последним способом размещения обратной связи по напряжению является изолированная обратная связь. Такая связь используется, когда входное напряжение рассматривается как смертельно опасное для оператора оборудования (> 42,5 VDC). Существует два приемлемых метода электрической изоляции: оптическая (оптрон) и магнитная (трансформатор). В этом разделе рассматривается более распространенный метод изоляции, когда для изолирования смертельно опасных частей схемы от части оператора используется оптрон.

Коэффициент усиления по току С_т (7_out//_ul) оптрона дрейфует с изменением температуры, может немного уменьшаться со временем и обычно имеет большое допустимое отклонение от блока к блоку. Величина Сщ- — это усиление по току для оптрона, измеряемое в процентах. Для того чтобы компенсировать эти изменения в оптроне и устранить потребность в потенциометре, усилитель ошибки должен быть размещен на вторичной стороне (или входе) оптрона. Усилитель ошибки будет отслеживать отклонения на выходе, обусловленные дрейфом параметров оптрона, и соответствующим образом корректировать силу тока. Схема типичной изолированной цепи обратной связи показана на рис. 3.45.

UC3843P

Рис. 3.45. Пример цепи обратной связи по напряжению, изолированной с помощью оптрона

В качестве вторичного усилителя ошибки обычно выбирают TL431, который имеет опорное напряжение с компенсацией температурный воздействий и усилитель внутри корпуса с тремя выводами. Для точного функционирования ему требуется минимум 1,0 мА непрерывного тока, протекающего через его выходной контакт, а выходной сигнал будет затем добавлен к этому току смещения.

В данном примере усилитель ошибки в схеме управления (а именно UC3843AP) отключен в виду такого соединения своих выходов, при котором на выходе будет гарантировано получен высокий уровень сигнала. Конкретные значения сопротивлений R не столь важны — примем, скажем, по 10 кОм каждое. Через компенсационный контакт протекает ток 1 мА от внутреннего источника. На него также подано «высокое» напряжение +4,5 В для получения максимальных параметров выхода.

Цепь, которая устанавливает выходную длительность импульсов на компенсационном контакте, — это цепь суммирования тока. Резистор R\ гарантирует, что рабочий ток от усилителя TL431, связанного через оптрон, не нагружает внутренний нагрузочный источник тока 1 мА в схеме управления, и что на этом контакте достигается напряжение +4,5 В, когда требуется выходной импульс полной длительности. Этот наихудший минимальный ток при максимальных параметрах выхода равен:

Отсюда, значение Л,:

Принимаем Л, = 820 Ом (запас надежности).

Оптрон должен обеспечивать ток большей силы на компенсационный контакт, чтобы получить на нем минимальное выходное напряжение +0,3 В. Для этого ток, передаваемый от оптрона, должен быть равен:

Сопротивление резистора R₂ теперь можно определить путем соложения максимальных падений напряжения светодиода оптрона и напряжения на выводах усилителя TL431:

Принимаем R₂ = 200 Ом (запас надежности).

Резисторы, используемые для опроса выходного напряжения, — те же, что и в предыдущем примере применения перекрестного считывания. ) могут варьировать в диапазоне до 300%, что может потребовать добавить в схему потенциометр. Некоторые оптроны сортируются их производителями по более узкому диапазону значений C_trr, но это бывает редко. Опорное напряжение также должно варьироваться с учетом компенсации температурных воздействий, как это обеспечивается в усилителе TL431.

Задача обеспечения точности выходного сигнала от блока к блоку обычно требует, чтобы отклонение опорного напряжение было сокращено до 2% или менее, а резисторы внутри резисторного делителя напряжения — до 1%. В таком случае точность выходных сигналов получается в виде суммы этих допустимых отклонений и любых погрешностей внутри обмотки трансформатора.

Может существовать множество различных вариантов цепи обратной связи по напряжению, здесь еж были продемонстрированы лишь наиболее простые и распространенные подходы.

Реверс-инжиниринг TL431, крайне распространенной микросхемы, о которой вы и не слышали

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» [1] 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 [2] 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 [3] 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 [4]. 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. [5] 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)

Как же радиоэлектронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 очень простая микросхема, и вполне возможно понять её логику на кремниевом уровне пристальным изучением фото. Я покажу, каким же образом транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы реализованы. А затем уже проведу полный реверс-инжиниринг данной микросхемы.

Реализация транзисторов различных типов

Микросхема использует как n-p-n, так и p-n-p биполярные транзисторы (в отличие от микросхем навроде

, в которых использовались MOSFET). Если вы изучали электронику в школе или в университете, вы возможно видели схему n-p-n транзистора (вроде той, что ниже), на которой показаны коллектор (обозначен как C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен в виде своеобразного бутерброда с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоёв характеризует транзистор как n-p-n. Однако, выясняется, что в микросхеме нет совершенно ничего схожего с этой схемой. Даже база находится не в центре!

На фотографии ниже можно рассмотреть один из транзисторов TL431. Цветовые различия в розовых и фиолетовых регионах вызваны разным легированием кремния, для формирования N и P областей. Светло-желтые области — металлический слой микросхемы, располагающийся поверх кремниевого. Такие области нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

В нижней части фотографии нарисовано поперечное сечение, примерно изображающее как конструируется транзистор. [6] Можно заметить, что на нём куда больше деталей, чем в n-p-n бутерброде из книг, Однако, если внимательно присмотреться, то в поперечном сечении под эмиттером (E) можно найти то самое n-p-n, которое формирует транзистор. Проводник эмиттера соединяется с N+ кремнием. Под ним располагается P-слой, подключенный к контакту базы. Еще ниже — слой N+, соединенный с коллектором (не напрямую). [7] Транзистор заключен в P+ кольцо для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 принадлежат к n-p-n типу, то, после того как разобрались в первый раз, их очень просто находить на фотографии и определять нужные контакты.

n-p-n транзистор из фотографии кристалла TL431, и его структура в кремнии.

Выходной n-p-n транзистор намного больше остальных, так как ему необходимо выдерживать полную нагрузку по току. Большинство транзисторов работает с микроамперами, а этот выходной транзистор поддерживает ток до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он и сделан более крупным (занимает 6% всего кристалла), и имеет широкие металлические коннекторы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других n-p-n транзисторов. Он создаётся, так сказать, боком, планарная структура вместо глубинной, и база располагается между эмиттером и коллектором. Металл слева подсоединён к десяти эмиттерам (синеватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник). Коллектор (правая часть) имеет только один большой контакт. Проводники эмиттера и базы образуют вложенную «гребёнку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз для того, чтобы поддерживать большие токи на нижней части транзистора.

Транзисторы p-n-p типа имеют совершенно другое строение. Они состоят из округлого эмиттера (P), окруженного кольцом базы (N), которую, в свою очередь, обступает коллектор (P). Таким образом, получается горизонтальный бутерброд, вместо обычной вертикальной структуры n-p-n транзисторов. [8]

Схема снизу показывает один из таких p-n-p транзисторов, а поперечное сечение изображает кремниевую структуру. Стоит отметить то, что хотя металлический контакт для базы находится в углу транзистора, он электрически соединен через N и N+ области с активным кольцом, пролегающим между коллектором и эмиттером.

Структура p-n-p транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы являются ключевым компонентом почти в любой аналоговой схеме. Они реализованы как длинная полоса легированного кремния. (Похоже, что в этой микросхеме использовался кремний P-типа). Различные сопротивления достигаются использованием различной площади материала — сопротивление пропорционально площади.

Снизу заметно три резистора — их формируют три длинных горизонтальных полоски кремния. Желтоватые металлические проводники проходят через них. Места соединения металлического слоя и резистора выглядят как квадраты. Расположение этих контактов и задаёт длину резистора и, соответственно, его сопротивление. К примеру, сопротивление нижнего резистора немного больше остальных потому, что контакты расположены на большем расстоянии. Верхние два резистора объединены в пару металлическим слоем сверху слева.

Резисторы.

Резисторы в микросхемах имеют очень плохой допуск — сопротивление может различаться на 20% между микросхемами из-за вариаций в производственном процессе. Очевидно, что это серьезная проблема для таких точных микросхем, как TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не конкретное сопротивление, а отношение сопротивлений. Конкретные значения сопротивлений не сильно важны, если сопротивления меняются в одной пропорции. Вторым методом уменьшения зависимости от эффекта изменчивости является сама топология микросхемы. Резисторы располагаются на параллельных дорожках одинаковой ширины для снижения эффекта от любой асимметрии в сопротивлении кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом для минимизации отклонений в свойствах кремния между разными частями микросхемы. Помимо всего этого, в следующей главе я расскажу о том, как перед корпусированием кристалла можно настроить сопротивления для регулирования производительности микросхемы.

Кремниевые перемычки для настройки сопротивлений

Вот чего я не ожидал в TL431, так это перемычек для подстройки сопротивлений. Во время производства микросхем эти перемычки могут быть удалены для того, чтобы отрегулировать сопротивления и повысить точность микросхемы. На некоторых

есть сопротивления, которые могут быть удалены лазером, просто выжигающим часть резистора перед корпусированием. Точность настройки таким методом куда выше чем у перемычек.

Цепь с перемычкой показана на фото снизу. Она содержит параллельных два резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В обычном состоянии, эта перемычка шунтирует резисторы. При изготовлении микросхемы, её характеристики могут быть замерены, и если требуется большее сопротивление, то два щупа подсоединяются к площадкам и подаётся высокий ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя немного сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление всей схемы может быть немного подкорректировано для улучшения характеристик микросхемы.

Перемычка для настройки сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит всего два внутренних конденсатора, но они выполнены в двух совершенно разных манерах.

Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») сформирован обратносмещенным диодом (красноватые и фиолетовые полосы). У инверсного слоя в диоде есть ёмкостное сопротивление, которое может быть использовано для формирования конденсатора (подробнее). Главное ограничение такого типа конденсаторов в том, что ёмкостное сопротивление разнится в зависимости от напряжения, потому что меняется ширина инверсного слоя.

Конденсатор, образованный p-n переходом. Вендорная строка написана с помощью металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор сконструирован совершенно другим методом, и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами. Даже не на что поглядеть — он состоит из большой металлической пластины с подложкой из N+ кремния в качестве второй пластины. Для того чтобы уместиться рядом с другими частями цепи, он имеет неправильную форму. Данный конденсатор занимает около 14% площади кристалла, иллюстрируя то, что конденсаторы в микросхемах очень неэффективно используют пространство. В даташите упоминается, что оба конденсатора по 20 пикоФарад, но я не знаю насколько этому можно верить.

Конденсатор.

Реверс-инжиниринг TL431

На схеме сверху выделены и поименованы элементы на кристалле, и затем перенесены на чертеж снизу. После всех разъяснений ранее, я думаю, структура любого элемента должна быть ясна. Три пина микросхемы подсоединены к площадкам «ref», «anode» и «cathode». Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для соединения компонентов. На чертеже сопротивление задаётся относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подходит, но я не знаю точного значения. Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличились от тех, что были опубликованы ранее в других схемах. Данные характеристики фундаментально сказываются на том, как в целом работает стабилитрон с напряжением запрещённой зоны.

Чертеж TL431

Как работает микросхема?

Работа TL431 извне выглядит довольно незатейливо — если на контакт «ref» подаётся напряжение выше 2. 5 вольт, то выходной транзистор проводит ток между катодом и анодом. В блоке питания это увеличивает ток, идущий к управляющей микросхеме (косвенно), и влечёт за собой уменьшение мощности БП, после чего происходит спад напряжения до нормального уровня. Таким образом, БП используют TL431 для того, чтобы стабильно держать необходимое выходное напряжение.

Наиболее интересная часть микросхемы это источник опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. [10]. Ключевые элементы видны на фото кристалла: область эмиттера транзистора Q5 в 8 раз больше чем у Q4, поэтому два транзистора по-разному реагируют на температуру. Выходные сигналы с транзисторов объединяются через резисторы R2, R3, R4 в нужной пропорции для компенсации температурных эффектов, и формируют стабильный опорный сигнал. [11] [12]

Напряжения из стабилизированного по температуре бандгапа посылаются в компаратор, входом которого являются Q6 и Q1, а Q8 и Q9 управляют им. Наконец, выход компаратара проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

«Открываем» микросхему низко-технологичным методом

Получение фотографии кристалла микросхемы обычно требует её растворения в опасных кислотах, и фотографирование самого кристалла с помощью дорогого металлографического микроскопа. (Zeptobars описывал этот процесс

). Мне было интересно что получится, если я просто разломаю TL431 зажимными щипцами и взгляну на него в дешёвый микроскоп. В процессе я переломил кристалл пополам, но всё равно получил интересные результаты. На изображении виден большой медный анод внутри корпуса, который еще работает и как радиатор. Рядом с ним кристалл (по крайней мере, большая его часть), который был установлен на аноде внутри белого круга. Заметили, насколько сам кристалл меньше своего корпуса?

Корпус TL431, внутренний анод и большая часть от кристалла.

Используя простой микроскоп, я получил фото снизу. Несмотря на то, что, очевидно, я не получил такого же качественного снимка как у Zeptobars, структура микросхемы видна значительно лучше чем я ожидал. Данный эксперимент показывает, что вы можете проводить снятие корпуса микросхем и фотографирование кристалла даже не касаясь разных опасных кислот. Сравнивая свой снимок дешевого TL431, заказанного на eBay, с TL431, сфотографированного Zeptobars, вижу их идентичность. Так как его микросхема не совпадает с опубликованными чертежами, то я гадаю, не прекратили ли они в определенный момент производство того странного варианта микросхемы. Но думаю, что это предположение неверно.

Кусок кристалла, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

На самом ли деле TL431 наиболее распространенная микросхема о которой не слышали люди? Нет надежного способа проверить, но я думаю что это хороший кандидат. Похоже, никто не публиковал данные, в которых другая микросхема была бы произведена в больших количествах. Некоторые источники утверждают что таймер 555 является наиболее распространенной микросхемой с миллиардными тиражами каждый год (не очень мне верится в такое большое число). Но TL431 точно располагается достаточно высоко в списке по распространенности. Вы, скорее всего, имеете TL431 в каком-то устройстве на расстоянии вытянутой руки прямо сейчас (ЗУ для телефона, адаптер питания для ноутбука, блок питания PC или монитора). Разница между 555 или 741 и TL431 в том, что эти микросхемы настолько широко известны, что уже стали чуть ли не частью поп-культуры —

,

и даже

. Но если вы не работаете с блоками питания, достаточно высоки шансы, что вы никогда и не слышали о TL431. Таким образом, я отдаю свой голос TL431 в такой странной номинации. Если у вас есть какие-то другие варианты микросхем, которые незаслуженно обошли вниманием, оставляйте комментарии.

Признательности

Снимки кристалла сделаны

(за исключением моего). Чертёж и анализ основываются на работе

Кроме того, я значительно улучшил свой анализ с помощью дискуссий с Михаилом из Zeptobars и

, в частности B. Engl.

Заметки и ссылки

1. Из-за того, что у TL431 не самая обычная функция, стандартного названия для элемента такого рода не существует. Разные даташиты дают такие имена:

,

,

,

.

2. Я раскопал истоки возникновения TL431 в

, опубликованным Texas Instruments в 1977 году. Предшественником этой микросхемы был TL430, выпущенный как регулируемый шунтирующий стабилизатор в 1976. TL431 был создан в том же 1976 как обновление для TL430 с улучшенной точностью и стабильностью, и поэтому был назван как регулируемый прецизионный шунтирующий стабилизатор. В 1977 его анонсировали как один из будущих продуктов TI, а выпустили в продажу уже в 1978. Другим анонсом являлся TL432, который должен был бы называться «Компоновочный блок из таймера/стабилизатора/компаратора» и состоять из источника опорного напряжения, компаратора и транзисторного усилителя, согласно

. Но на момент выпуска TL432, план по предоставлению «компоновочных блоков» был забыт. TL432 превратился в аналог TL431 с другими расположением контактов для более удобной разводки плат (

).

3. Современные ATX блоки питания (

,

) зачастую содержат по три TL431. Один для обратной связи при резервном питании, второй для обратной связи в основной схеме питания, а третий берётся в качестве линейного регулятора для 3.3В выходного напряжения.

4. Интересно взглянуть на импульсные БП, которые не используют TL431. Более ранние модели использовали опорный стабилитрон в качестве источника опорного напряжения. Например, такое практиковалось в первых экземплярах блоков питания для Apple II (Astec AA11040), но вскорости в них сделали замену стабилитрона на TL431 —

. В Commodore CBM-II, модель B, применялось необычное решение — TL430 вместо TL431. Оригинальный блок питания для IBM PC использовал опорный стабилитрон (вместе с кучей операционных усилителей). Позднее БП для PC часто использовали ШИМ-контроллер

, который уже содержал источник опорного напряжения для вторичной цепи. Другие БП могли содержать

, уже включающий в себя два TL431.

В зарядных устройствах для телефонов обычно применяют TL431. Редко можно встретить дешёвую подделку этого элемента: проще взять опорный стабилитрон вместо него и сэкономить пару центов. Другим исключением могут являться такие зарядные устройства,

. В них реализована стабилизация в первичной цепи и не требуется совсем никакой обратной связи от выходного напряжения.

я описал это подробнее.

5. TL431 доступен в большем числе вариантов корпуса чем я думал. На двух фотографиях TL431 выполнен в «транзисторном» корпусе с тремя ножками (TO-92). На остальных фотографиях показан SMD-вариант в SOT23-3. TL431 также может быть в 4-контактном, 5-контактном, 6-контактном и 8-контактном SMD-корпусе (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8). Кроме того, его можно встретить в более крупном варианте TO-252 или даже в виде 8-контактного микросхемы (DIP-8). (

).

6. Более детальную информацию о том, как устроен в кремнии биполярный транзистор, можно найти много где.

даёт неплохой обзор об устройстве n-p-n транзистора. Презентация

очень детально описывает производство микросхем. Даже схемы с

очень интересны.

7. Возможно, вы гадаете, почему это идёт терминологическое разделение на коллектор и эмиттер, если в нашей простой схеме транзистора они абсолютно симметричны? Ведь оба подключаются к N-слою, чему там различаться? Но как можете видеть на фото кристалла, коллектор и эмиттер не только сильно отличаются по размеру, но и легирование проходит по-разному. Если поменять коллектор и эмиттер местами, по у транзистора будет очень

.

8. p-n-p транзисторы в TL431 имеют круговую структуру, которая их очень сильно отличает от n-p-n. Эта круговая структура проиллюстрирована в книге

от Hans Camenzind, автора таймера 555. Если вы хотите узнать больше о том, как работают аналоговые микросхемы, то я рекомендую эту книгу, в которой детально разъясняется этот вопрос с минимумом математики.

или

.

Кроме того, о структуре p-n-p транзисторов можно почитать в

. А книга

рассказывает о детальных моделях биполярных транзисторов и о том, как они имплементируются в микросхемах.

9. Транзисторы и резисторы на кристалле, который я исследовал, имеют совершенно другие характеристики по сравнению с теми, что публиковались ранее. Эти характеристики фундаментально задают работу стабилитрона с напряжением запрещённой зоны. Конкретно говоря, на предыдущих схемах R2 и R3 были в отношении 1 к 3, а у Q5 зона эмиттера была в два раза больше чем у Q4. Глядя на фото кристалла, я вижу что R2 и R3 имеют одинаковое сопротивление, а Q5 имеет зону эмиттера в 8 раз большую по сравнению с Q4. Исходя из таких отношений между характеристиками, мы получим другое ΔVbe. Для того чтобы компенсировать разницу между фактическими характеристиками и вычисленными, в прошлых схемах R1 и R4 так же были сделаны иными чем на кристалле. Я разъясню этот момент более подробно дальше в статье, но просто отмечу: Vref = 2*Vbe + (2*R1+R2)/R4 * ΔVbe должно быть около 2.5 вольт. Обратите внимание, важно не конкретное сопротивление резисторов, а именно их отношения. Как я писал ранее, это помогает нейтрализовать плохой допуск резисторов в микросхеме. На кристалле Q8 сформирован из двух параллельных транзисторов. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это сделано для настройки опорного напряжения, чтобы оно достигало 2.5В. B. Engl предположил, что это могло помогать устройству лучше работать при низком напряжении.

10. Я не буду здесь углубляться в детали реализации стабилитрона с напряжением запрещённой зоны, разве упомяну что пусть его название и звучит как имя какого-то безумного квантового устройства, но, на самом деле, это просто пара транзисторов. Чтобы разобраться в том, как работает данный стабилитрон, можете поглядеть статью

за авторством Paul Brokaw, изобретателя

. Кроме того есть еще такая

.

11. В известном смысле, цепь бандгапа в TL431 работает в противоположном направлении, по сравнению с обычным бандгапом, который подводит к эмиттеру правильные напряжения, чтобы получить на выходе необходимое значение. TL431 же берёт опорное напряжение в качестве входного, а эмиттеры использует как входные сигналы для компаратора. Другими словами, в противоположность блок-схеме, внутри TL431 входной «ref» сигнал не сравнивается ни с каким стабильным опорным напряжением. Вместо этого, вход «ref» генерирует два сигнала для компаратара, которые совпадают если входное напряжение 2.5 вольта.

12. Существует много статей о TL431, но они все с уклоном в матан и ожидают от читателя каких-либо начальных знаний по теории автоматического управления, графикам Боде, и так далее.

— классическая статья от Christophe Basso и Petr Kadanka. Она объясняет работу TL431 в цепи компенсации обратной связи в действующих блоках питания. Книжка содержит детальные чертежи и описания внутреннего устройства элемента. Еще есть интересные статьи на

. В статье

от Ray Ridley, для Switching Power Magazine, содержится подробное объяснение того, как использовать TL431 в цепях обратной связи для БП и так же объясняется работа компенсатора. Можно обратить внимание на презентацию

от ON Semiconductor. Конечно же,

тоже содержит чертежи внутреннего устройства микросхемы. Странно, но сопротивления на этих чертежах отличаются от тех, что я получил, исследуя фото кристалла.

TL431: стабилизатор напряжения, тока и усилитель ошибки | Приключения электроника

Пришло время попсового контента 🙂

Думаю, многие видели или даже использовали микросхему TL431.

Этот параллельный стабилизатор напряжения / программируемый стабилитрон / источник опорного напряжения (ох, как только его не классифицируют) весьма популярен и находит много применений как в самоделках, так и в промышленно выпускаемых устройствах.

Простейшая схема включения

Имеет множество аналогов разных производителей: LM431, AS431, KA431 и т.д. и т.п. Существует и отечественный — КР142ЕН19А.

Основные характеристики

• Диапазон входных напряжений 2,5…36 В
• Ток катода 1…100 мА
• Минимальный ток стабилизации 0,4…1 мА
• Точность опорного напряжения 2 / 1 / 0,5% (для версии без буквы в названии / с буквой A / с буквой B)

Для лучшего понимания схем рассмотрим принцип работы TL431:

REF — вход сравнения с опорным напряжением

«Английское» название данного регулятора (shunt regulator, шунтирующий) весьма хорошо описывает, как работает TL431:

Когда напряжение на входе REF превышает опорное 2,495 В, транзистор открывается, шунтируя нагрузку. Точно так же работают и обычные стабилитроны.

И, также как и стабилитрону, TL431 нужен резистор, задающий ток стабилизации. Считается он так:

Ну, и наконец, схемы с участием TL431.

Стабилизатор / ИОН с задаваемым напряжением

Сама на себя

В простейшем случае напряжение напрямую сравнивается с опорным и на выходе будет опорное напряжение 2,495 В.

Выставить нужное выходное напряжение можно с помощью резистивного делителя напряжения:

Расчет был на 9 В

Выходное напряжение равно:

Uref = 2,495 В, Iref = 2…4 мкА

Ток, втекающий в REF, можно не учитывать, если брать не очень большие сопротивления резисторов делителя (производитель советует, чтобы их сопротивление было около порядка 10 кОм). Тогда можно задаться одним из резисторов и посчитать другой:

Uref = 2,495 В

В моем примере взят R2 = 2,37 кОм, R1 по расчету 6,179 кОм, если брать из ряда Е48 — то 6,19 кОм рядом стоит 🙂

Подбирать резисторы надо весьма точно. ..

В отличие от обычных стабилитронов, TL431 не очень любит емкостные нагрузки и может самовозбудиться и колебаться.

При желании можно сделать один из резисторов переменным, и регулировать напряжение на выходе стабилизатора.

Встречаются схемы, где вместо R1 устанавливается терморезистор, и при повышении температуры TL431 включает транзистор, который включает вентилятор.

Тока 100 мА может быть недостаточно, поэтому используется:

Схема регулятора на TL431 с транзистором

Замечу, что это уже последовательный регулятор напряжения

Методика расчета та же, только резистор R выбирается такой, чтобы через TL431 шел ток стабилизации не меньше 1 мА.

Можно также использовать и MOSFET или транзистор Дарлингтона для умощнения стабилизатора.

Очень часто можно встретить TL431 в схемах источников дежурного напряжения в блоках питания (например, ATX). Выступает она там как

Усилитель ошибки

Приведу несколько примеров найденных в интернете схем:

Резисторы в делителе подобраны таким образом, чтобы если на линии питания напряжение больше, чем 5 В, на входе REF TL431 было напряжение больше 2,5 В.

При этом TL431 «откроется» и начнет пропускать через себя и светодиод ток. Из-за этого открывается фототранзистор оптрона, шунтируя вход обратной связи ШИМ-контроллера, заставляя его снизить коэффициент заполнения, а вместе с ним снижается и напряжение на линии питания.

Для наглядности

Конденсатор С1 играет роль интегратора (часто последовательно с ним ставят еще один резистор). R — задает ток стабилизации и ограничивает ток светодиода оптрона.

Из TL431 можно получить и источник тока:

Источник втекающего тока

Микросхема сравнивает напряжение на резисторе R1 с опорным. А так как напряжение на резисторе R1 прямо пропорционально втекающему току, то этот самый ток можно задать по формуле:

Uref = 2,495 В

Ничто не мешает нам поставить нагрузку «вниз» и получить

Только при расчете необходимо учитывать, что теперь в ток нагрузки входит и ток Iка, текущий через TL431:

Iка — ток катод-анод

В примере видно, что R1 задан ток 10 мА, и к нему приплюсовываются 3,6 мА со стабилитрона.

Бывают и более экзотичные применения:

Кто-то умудрялся делать из TL431 усилители…

Решила повторить

Ну, что сказать, усиливает… Квадратиш, практиш, гуд 🙂

Видела еще схемы генераторов, но у меня чего-то модель не запустилась…

Поэтому советую этот программируемый стабилитрон использовать по назначению, например, как в моем блоке питания, где TL431 используется в качестве стабилизатора со сниженным шумом.

Wiki — Wiki.ROM.by

Global BIOS Catalog

 Где отремонтировать компьютер?
 Где восстановить данные?

Все биосы  тут!

• Кому нужна старая заглавная страница www.ROM.by (и ссылки с неё — все они остались) она здесь.

Статьи

Комп глючит — что делать? Пособие для начинающих.

Все статьи:

• Для начинающих — Азбука по ремонту материнских плат

Как измерить напряжение?

Как определить вздутые конденсаторы?

Как проверить полевой транзистор?

Как подобрать аналог полевого транзистора?

Как проверить — сгорел ли Южный Мост Intel?

Маркировка и совместимость микросхем FlashBIOS

В данной рубрике отобраны лишь «ремонты в картинках».

В данной рубрике можно найти таблицу посткодов, важной особенностью и удобством которой является, с одной стороны — «универсальность» — она подразумевается сразу все известные биосы, с другой стороны, рассматриваются лишь «полезные» («практические») посткоды, которые имеют место в реальной ремонтной практике.

Первая десятка неисправностей по популярности:

«Не запускается!»

Разные проблемы

Южный мост и его проблемы

POST 00

«Залипший» RESET и другие проблемы с ним (сигналом RESET#)

Конденсаторы и что из-за них бывает

Проблемы неработоспособности AGP-видеокарт на матплатах

Нет напряжения на процессоре

Проблемы с биосом

Проблемы с CMOS — сброс настроек Setup, отстающие часы, разрядка батареек и т.д.

Первая десятка производителей с примерами ремонтов:

Фотореле с гистерезисом на tl431

Микросхема tl431 содержит всего три вывода: катод, анод и управляющий электрод, который, как видно из блок-схемы, является неинвертирующим входом операционного усилителя. ОУ здесь работает как компаратор: на инвертирующий вход подается 2,5В от внутреннего источника опорного напряжения, на неинвертирующий вход подается напряжение от схемы. Если оно достигнет 2,5В, компаратор сработает и выходной транзистор откроется.

Максимальный ток катода 100мА, напряжение катод-анод не более 36В. Микросхема обладает хорошей термостабильностью: в интервале температур от -40 до +120 градусов напряжение срабатывания изменяется всего на 7мВ.

Распиновка микросхемы tl431, вид сверху:

Проверить исправность tl431 можно мультиметром в режиме прозвонки диодов. Для этого красный щуп мультиметра соединяем с анодом а черный с катодом, мультиметр покажет падение 0,6В на внутреннем диоде. Меняем местами щупы и мультиметр покажет обрыв. Теперь не отсоединяя щупы соединим управляющий электрод с катодом. Мультиметр покажет падение 2,49В

Микросхема применяется в основном в источниках питания в качестве управляемого стабилитрона. Но можно собрать на ней и очень простое фотореле:

Схема очень простая, но имеет недостатки. При медленном изменении освещенности светодиод загорается и тухнет плавно, отсутствует гистерезис, требуется высокоомный резистор.

Если поменять местами фотодиод и резистор схема инвертируется: светодиод будет загораться при увеличении освещенности. В этом случае резистор потребуется меньшего номинала, а чтобы светодиод опять загорался при уменьшении освещенности его тоже нужно подключить инверсно — между катодом и анодом tl431:

Чтобы еще больше уменьшить сопротивление этого резистора, можно применить фототранзистор. В этом случае будет достаточно сопротивления 100-150кОм:

Если нет готового фототранзистора можно использовать соединение фотодиода и транзистора. Транзистор можно взять любой маломощный. Подойдет даже кт315. Чем больше коэффициент передачи этого транзистора, тем чувствительнее будет фототранзистор.

Гистерезис и резкое переключение можно получить добавив еще один транзистор.

При уменьшении освещенности фототранзистора его сопротивление растет, напряжение на нем нарастает. Когда оно начнет приближаться к отметке 2,49В стабилитрон tl431начнет открываться. Вместе с ним начнет открываться транзистор и напряжение на управляющем выводе tl431 начнет нарастать быстрее за счет резистора обратной связи R2. Приоткрывание tl431 вызывает приоткрывание транзистора, а приоткрывание транзистора вызывает еще большее открывание tl431. Процесс происходит лавинообразно.

Транзистор и tl431 полностью открыты, светодиод светится. Если теперь начать плавно увеличивать освещенность фототранзистора, это не вызовет моментального закрытия tl431 и транзистора. Транзистор у нас полностью открыт, к верхнему плечу делителя R1VT1 — резистору R1, оказывается параллельно подключен резистор R2. Этим резистором обеспечивается гистерезис. Сопротивление верхнего плеча делителя стало меньше, и теперь для закрытия tl431 нужно осветить фототранзистор чуть сильнее чем он был освещен в момент включения светодиода. Чем меньше сопротивление резистора R2, тем шире петля гистерезиса, то есть тем сильнее нужно теперь осветить фототранзистор, чтобы светодиод погас.

Намного проще понять что такое гистерезис, собрав схему самому, и наблюдая за ее работой при различных значениях резистора R2.

Чтобы этой схемой включать большую нагрузку можно на место светодиода поставить оптопару и симистор. Для механического реле нужно добавить в схему стабилизатор напряжения для питания делителя, так как при срабатывании реле проседает напряжение питания и реле начинает быстро включатся и выключатся.

Стабилизатор можно поставить на напряжение от 5 до 9В. Диод D1 отключает резистор R2 от минуса. В предыдущей схеме он был не нужен, так как в коллекторной цепи был резистор 1кОм и светодиод. Сопротивление обмотки реле обычно очень маленькое и при закрытом транзисторе резистор R2 окажется подключен параллельно фототранзистору и схема работать не будет.

Транзистор VT1 должен быть с током коллектора превышающим ток срабатывания реле. Резистор R4 ограничивает базовый ток транзистора. Берем ток, достаточный для срабатывания реле. Пусть это будет скажем 200mA. Коэффициент передачи тока транзистора пусть будет 100. Значит для получения такого тока коллектора, базовый ток должен быть не менее чем 2mA. То есть взяли желаемый ток коллектора и поделили на коэффициент передачи тока транзистора, получили минимальный базовый ток. Этот ток лучше всегда брать с запасом, так как коэффициент передачи транзисторов имеет разброс. Теперь находим нужный номинал резистора. Берем напряжение питания, отнимаем 2,5-3 вольта(столько падает на tl431 и переходе транзистора) и делим на необходимый ток базы. Расчетное сопротивление получилось 4,5кОм. Берем ближайшее меньшее значение 4,3кОм. Резистор R3 служит для надежного закрытия транзистора.

Импульсный блок питания КV-3150 для увлажнителей воздуха, устройство, ремонт.

Применяется в ультразвуковых увлажнителях воздуха модели «Vitek» и других. Приведена схема, рассмотрено устройство и последовательность ремонта.

Блок питания КV-3150 собран на ШИМ микросхеме SG6848 (корпус SOT-26, SMD 6 ног).

Datasheet  на SG6848 доступна в интернете, там же есть типовая схема включения и параметры (напряжение питания, токи, рекомендуемые полевики).

Схема блока питания КV-3150 немного отличается от типовой, поэтому при проверке деталей я зарисовал первичную цепь, связанную с сетью. Вторичная, включая обратную связь с микросхемой TL431 и оптопарой PC817 целая и легко прослеживается по печатной плате.

Очень удобно то, что на самой печатной плате нанесены номера и номиналы деталей.

На самой микросхеме надпись может быть другой. В моем случае написано S11S.

Блок питания КV-3150 до меня уже побывал у мастера, который рекомендовал купить новый. Но его цена необоснованно завышена 20$, в то время, как типичный ремкомплект стоит около 2$.

Мне пришлось заменить:

Диодный мост – 4 диода 1N4007

ШИМ микросхему — SG6848

Полевой транзистор — STP4NK60ZF

Резистор R2 — 2Вт 0,5 Ом

Резисторы R13, R9, R14 SMD (или 0,125Вт) — 47 Ом, 470 Ом, 10 кОм

Предохранитель 2А 250В – запаял калиброванную перемычку. Как это делать показано здесь.

Как известно, ремонт импульсных блоков питания нужно выполнять постепенно и осторожно. Если пропустить дефект то при первом же включении все замененные детали могут снова сгореть.

Я сначала проверяю все детали и печатную плату. Все неисправные детали выпаиваю.

Затем, начиная от сетевого разъема ставлю детали – предохранитель, диоды, резисторы. Включаю через лампу 220В мощностью около 75Вт и проверяю напряжения после диодного моста и на конденсаторе 10мкФ (это питание микросхемы SG6848). Так как микросхемы пока нет и потребления тока не будет, параллельно электролиту 10 мкф я ставлю стабилитрон на напряжение чуть ниже предельного напряжения электролита. Иначе напряжение может вырасти выше чем у электролита и повредить его.

Если все в норме, а у меня после диодного моста 310В, на конденсаторе 10мкф напряжение 24В (как у временного стабилитрона) то от сети отключаю, разряжаю при необходимости сетевой электролит и запаиваю микросхему.

Снова включаю, так же через лампу, измеряю напряжение питания микросхемы SG6848 на 5 ноге (около 12В)

Далее осциллографом смотрю управляющие импульсы на контакте куда будет припаян затвор полевого транзистора (полевик пока не ставлю). Эти импульсы не такие как при работе, но обязательно должны быть. Их частота заметно ниже, фактически это скачки напряжения, амплитуда чуть меньше напряжения питания микросхемы.

Если все так, выключаю, разряжаю сетевой электролит и запаиваю полевик, отпаиваю временный стабилитрон от конденсатора 10мкф, он уже не нужен.

Снова включаю в сеть через лампу, пробую температуру полевика, если не горячий, проверяю выходные напряжения. Так как в схеме есть обратная связь через оптопару, выходные напряжения и без нагрузки должны быть близки к норме (в этом блоке питания 35В и 12,5В). Земля общая, средний вывод выходного разъема.

Далее, если проверена схема нагрузки и в ней нет замыканий, можно отключить блок питания, подключить нагрузку и снова включить через лампу в сеть. Лампа при включении может вспыхнуть и чуть тлеть.

Теперь можно отключить, убрать лампу и включать блок питания КV-3150 в сеть напрямую. Проверить напряжения под нагрузкой. Как правило, при исправной нагрузке (подключаемом устройстве, в моем случае увлажнитель) все в норме.

Если что-то в нагрузке не заладится, сработает защита блока питания. Для этого в его схеме стоит резистор 2Вт 0,5 Ом в цепи истока полевика.

В принципе, порядок ремонта других импульсных блоков питания аналогичный.

Материал статьи продублирован ан видео:

самый распространенный чип, о котором вы никогда не слышали

TL431 является «программируемым прецизионным эталоном» [1] и обычно используется в импульсных источниках питания, где он обеспечивает обратную связь, указывающую, является ли выходное напряжение слишком высоким или слишком низким. За счет использования специальной схемы, называемой запрещенной зоной, TL431 обеспечивает стабильное опорное напряжение в широком диапазоне температур. На блок-схеме TL431 ниже показано, что он имеет опорное напряжение 2,5 В и компаратор [1], но, глядя на кристалл, видно, что внутренне он сильно отличается от блок-схемы.

TL431 имеет долгую историю; он был представлен в 1978 году [2] и с тех пор является ключевой частью многих устройств. Он помогал регулировать блок питания Apple II и теперь используется в большинстве блоков питания ATX [3], а также в зарядное устройство для iPhone и другие зарядные устройства. Адаптер MagSafe и другие адаптеры для ноутбуков используют его, а также миникомпьютеры, Драйверы светодиодов, аудио источники питания, видеоигры и телевизоры. [4]

На фотографиях ниже показан TL431 внутри шести различных блоков питания.TL431 бывает разных форм и размеров; два наиболее распространенных показаны ниже. [5] Возможно, причина того, что TL431 не привлекает особого внимания, потому что он выглядит как простой транзистор, а не как микросхема.

Как компоненты реализованы в микросхеме TL431

Реализация различных типов транзисторов в IC

Обозначение и структура транзистора NPN.

На фото ниже показан один из транзисторов TL431 в том виде, в каком он изображен на микросхеме. Разные розовый и фиолетовый цвета — это области кремния, которые были легированы по-разному, образуя N- и P-области. Беловато-желтые области — это металлический слой микросхемы поверх кремния — они образуют провода, соединяющие коллектор, эмиттер и базу.

Под фотографией находится рисунок в разрезе, примерно показывающий, как устроен транзистор.[6] В книгах есть гораздо больше, чем просто бутерброд N-P-N, но если вы внимательно посмотрите на вертикальное поперечное сечение под буквой «E», вы можете найти N-P-N, образующий транзистор. Провод эмиттера (E) подключен к кремнию N +. Ниже находится слой P, подключенный к базовому контакту (B). А ниже находится слой N +, подключенный (косвенно) к коллектору (C). [7] Транзистор окружен кольцом P +, которое изолирует его от соседних компонентов. Поскольку большая часть транзисторов в TL431 представляет собой NPN-транзисторы с такой структурой, легко выбрать транзисторы и найти коллектор, базу и эмиттер, если вы знаете, что искать.

Транзистор NPN из кристалла TL431 и его кремниевая структура.

Выходной транзистор NPN в TL431 намного больше, чем у других транзисторов, поскольку он должен выдерживать полную токовую нагрузку устройства. Хотя большинство транзисторов работают от микроампер, этот транзистор поддерживает ток до 100 мА. Для поддержки этого тока он большой (занимает более 6% всей матрицы) и имеет широкие металлические соединения с эмиттером и коллектором.

Компоновка выходного транзистора сильно отличается от других NPN-транзисторов.Этот транзистор построен сбоку, с базой между эмиттером и коллектором. Металл слева подключается к 10 эмиттерам (голубоватый кремний N), каждый из которых окружен розоватым кремнием P для основания (средний провод). Коллектор (справа) имеет один большой контакт. Эмиттерный и базовый провода образуют вложенные «пальцы». Обратите внимание, как металл коллектора становится шире сверху вниз, чтобы поддерживать более высокий ток в нижней части транзистора. На изображении ниже показана деталь транзистора, а на фотографии кристалла — весь транзистор.

Крупный план сильноточного выходного транзистора в микросхеме TL431.

Транзисторы PNP имеют совершенно иную компоновку, чем транзисторы NPN. Они состоят из круглого эмиттера (P), окруженного кольцевым основанием (N), которое окружено коллектором (P). Это формирует сэндвич P-N-P по горизонтали (по бокам), в отличие от вертикальной структуры NPN-транзисторов. [8]

На схеме ниже показан один из транзисторов PNP в TL431, а также его поперечное сечение, показывающее кремниевую структуру.Обратите внимание, что хотя металлический контакт для базы находится на краю транзистора, он электрически подключен через области N и N + к своему активному кольцу между коллектором и эмиттером.

Структура PNP-транзистора в микросхеме TL431.

Как резисторы реализованы в кремнии

На фото ниже показаны три резистора на кристалле. Три длинные горизонтальные полоски представляют собой резистивный кремний, из которого состоят резисторы. Над резисторами проходят желтовато-белые металлические жилы. Обратите внимание на квадратные контакты, где металлический слой соединен с резистором. Положения этих контактов определяют активную длину резистора и, следовательно, сопротивление.Сопротивление резистора внизу немного больше, потому что контакты немного дальше друг от друга. Два верхних резистора соединены последовательно металлом в верхнем левом углу.

Резисторы в TL431.

Резисторы в ИС имеют очень плохие допуски — сопротивление может варьироваться на 20% от микросхемы к микросхеме из-за различий в производственном процессе. Очевидно, это проблема прецизионного чипа, такого как TL431. По этой причине TL431 спроектирован таким образом, что важным параметром является соотношение сопротивлений, особенно R1, R2, R3 и R4.Пока все сопротивления изменяются в одном и том же соотношении, их точные значения не имеют большого значения. Второй способ, которым микросхема снижает влияние вариаций, — это ее расположение. Резисторы расположены параллельными полосами одинаковой ширины, чтобы уменьшить влияние любой асимметрии сопротивления кремния. Резисторы также расположены близко друг к другу, чтобы минимизировать любые различия в свойствах кремния между различными частями микросхемы. Наконец, в следующем разделе показано, как можно отрегулировать сопротивление перед упаковкой чипа, чтобы точно настроить его производительность.

Предохранители кремниевые для подстройки резисторов

На фото кристалла ниже показана одна из цепей предохранителей. Есть небольшой резистор (на самом деле два параллельных резистора), подключенный параллельно предохранителю.Обычно предохранитель вызывает шунтирование резистора. В процессе изготовления можно измерить характеристики микросхемы. Если требуется большее сопротивление, два щупа контактируют с контактными площадками и подают сильный ток. Это приведет к перегоранию предохранителя и добавлению небольшого сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление в конечной цепи можно немного отрегулировать для повышения точности микросхемы.

Подстроечный предохранитель в TL431.

Конденсаторы

Первый конденсатор (под текстом TLR431A) представляет собой диод с обратным смещением (красноватые и пурпурные полосы). Переход обратно смещенного диода имеет емкость, которую можно использовать для формирования конденсатора (подробности). Одним из ограничений этого типа конденсатора является изменение емкости в зависимости от напряжения из-за изменения ширины перехода.

Конденсатор перехода в микросхеме TL431 с встречно-штыревыми PN переходами. Идентификатор кристалла написан металлическим сверху.

Второй конденсатор сформирован совершенно иначе и больше похож на традиционный конденсатор с двумя пластинами.Здесь особо не на что смотреть: у него есть большая металлическая пластина с кремнием N + под ней, действующим как вторая пластина. Форма неправильная, чтобы соответствовать другим частям схемы. Этот конденсатор занимает около 14% кристалла, демонстрируя, что конденсаторы очень неэффективно используют пространство в интегральных схемах. В таблице данных указано, что эти конденсаторы имеют емкость 20 пФ каждый; Не знаю, настоящая это ценность или нет.

Конденсатор в микросхеме TL431.

Микросхема TL431 реконструирована

Матрица TL431 с маркировкой.

На схеме выше показаны компоненты на кристалле TL431, помеченные в соответствии со схемой ниже. Из предыдущего обсуждения структура каждого компонента должна быть ясна. Три контакта микросхемы подключены к контактным площадкам «ref», «anode» и «катод». Чип состоит из одного слоя металла (желтовато-белого цвета), соединяющего компоненты. На схеме показаны сопротивления с точки зрения неизвестного масштабного коэффициента R; 100 & Ом; вероятно, разумное значение для R, но я не знаю точного значения.Один большой сюрприз при взгляде на кристалл заключается в том, что значения компонентов сильно отличаются от значений на ранее опубликованных схемах. Эти значения существенно влияют на работу опорного напряжения запрещенной зоны. [9]

Внутренняя схема TL431

Как работает микросхема

Я дам краткое описание внутренней работы чипа, а подробное объяснение напишу позже. Самая интересная часть микросхемы — это опорное напряжение запрещенной зоны с температурной компенсацией. [10] Ключ к этому можно увидеть, посмотрев на кристалл: у транзистора Q5 площадь эмиттера в 8 раз больше, чем у Q4, поэтому температура на два транзистора влияет по-разному.Выходы этих транзисторов объединены R2, R3 и R4 в правильном соотношении, чтобы нейтрализовать влияние температуры, образуя стабильный эталон. [11] [12]

Напряжения из температурно-стабилизированной запрещенной зоны поступают в компаратор, который имеет входы Q6 и Q1; Q8 и Q9 управляют компаратором. Наконец, выходной сигнал компаратора проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

Удаление крышки с TL431 низкотехнологичным способом

Корпус TL431, внутренний анод и большая часть кристалла.

Используя базовый микроскоп, Получил фото ниже. Хотя качество изображения не такое, как у Zeptobars, оно показывает структуру чипа лучше, чем я ожидал. Этот эксперимент показывает, что вы можете выполнять базовый уровень снятия колпачков и фотографирования кристаллов, не прибегая к опасным кислотам. На этой фотографии я вижу, что дешевые TL431, которые я заказал на eBay, идентичны тому, что сняли Zeptobars.Поскольку чип Zeptobars не соответствовал опубликованным схемам, я подумал, не получили ли они странный вариант чипа, но, видимо, нет.

Кусок матрицы TL431, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

Благодарности

Примечания и ссылки

[1] Поскольку TL431 выполняет необычную функцию, для ее функции нет стандартного названия. В различных таблицах данных он описывается как «регулируемый шунтирующий регулятор», «программируемый прецизионный эталон», «программируемое опорное напряжение шунта», и «программируемый стабилитрон».

[2] Я откопал немного истории о происхождении TL431 от Texas Instruments. Справочник по регулятору напряжения (1977 г.). Чип-предшественник, TL430, был представлен как регулируемый шунтирующий регулятор в 1976 году. TL431 был создан как усовершенствование TL430 с большей точностью и стабильностью и назывался регулируемым шунтирующим регулятором precision . TL431 был анонсирован как продукт будущего в 1977 году и выпущен в 1978 году. Еще одним продуктом будущего, о котором TI анонсировала в 1977 году, стал TL432, который должен был стать «строительным блоком таймера / регулятора / компаратора», содержащим опорное напряжение, компаратор и бустерный транзистор в одном корпусе.предварительный паспорт. Но когда вышел TL432, от плана «строительного блока» отказались. TL432 оказался просто TL431 с другим порядком контактов, чтобы облегчить компоновку печатной платы. техническая спецификация.

[3] Современные блоки питания ATX (например, пример) часто содержат три TL431. Один обеспечивает обратную связь для резервного источника питания, другой обеспечивает обратную связь для основного источника питания, а третий используется в качестве линейного регулятора для выхода 3,3 В.

[4] Интересно посмотреть на импульсные блоки питания, которые не используют TL431.В более ранних импульсных источниках питания в качестве источника опорного напряжения обычно использовался стабилитрон. В первых источниках питания Apple II в качестве источника опорного напряжения использовался стабилитрон (Astec AA11040), но вскоре он был заменен на TL431 в версии Astec AA11040-B. Модель B Commodore CBM-II использовала TL430 вместо TL431, что является необычным выбором. В миникомпьютерах HP-1000 использовались как TL430 (p69), так и TL431 (p73). В оригинальном источнике питания IBM PC для справки использовался стабилитрон (вместе со многими операционными усилителями).В более поздних источниках питания ПК часто использовался ШИМ-контроллер TL494, который содержал собственный источник опорного напряжения и работал от вторичной обмотки. В других источниках питания ATX использовался SG6105, который включал в себя два TL431 внутри.

В зарядных устройствах для телефонов обычно используется TL431. Недорогие подделки — исключение; вместо этого они часто используют стабилитрон, чтобы сэкономить несколько центов. Другим исключением являются зарядные устройства, такие как зарядное устройство для iPad, в которых используется регулирование на первичной стороне и вообще не используется обратная связь по напряжению с выхода.См. Мою статью об истории блоков питания для получения дополнительной информации.

[5] TL431 доступен в большем количестве пакетов, чем я ожидал. На двух фотографиях показан TL431 в транзисторном корпусе с тремя выводами (TO-92). На остальных фотографиях показан корпус SOT23-3 для поверхностного монтажа. TL431 также выпускается в корпусах для поверхностного монтажа с 4, 5, 6 или 8 выводами (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8), а также более крупный корпус, такой как силовой транзистор (TO-252) или 8-контактный корпус IC (DIP-8).(фотографий).

[6] Для получения дополнительной информации о том, как биполярные транзисторы реализованы в кремнии, существует множество источников. Полупроводниковая технология дает хороший обзор конструкции NPN-транзистора. «Базовая обработка интегральных схем» — это презентация, в которой очень подробно описывается изготовление транзисторов. Схема Википедии также полезна.

[7] Вы могли спросить, почему существует различие между коллектором и эмиттером транзистора, когда простая картина транзистора полностью симметрична.Оба подключаются к слою N, так почему это важно? Как видно на фотографии кристалла, в реальном транзисторе коллектор и эмиттер сильно отличаются. Помимо очень большой разницы в размерах, кремний также отличается легированием. В результате транзистор будет иметь плохое усиление, если поменять местами коллектор и эмиттер.

[8] Транзисторы PNP в TL431 имеют круговую структуру, которая придает им вид, сильно отличающийся от транзисторов NPN. Круговая структура, используемая для транзисторов PNP в TL431, проиллюстрирована в книге «Разработка аналоговых микросхем» Ганса Камензинда, который был разработчиком таймера 555.Если вы хотите узнать больше о работе аналоговых микросхем, я настоятельно рекомендую книгу Камензинда, в которой аналоговые схемы подробно объясняются с минимумом математики. Загрузите бесплатный PDF или получите печатная версия.

Структура транзистора PNP также объясняется в Принципах полупроводниковых устройств. Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем предоставляет подробные модели биполярных транзисторов и способы их изготовления в ИС.

[9] Транзисторы и резисторы в кристалле, который я исследовал, имеют очень разные значения от значений, опубликованных другими.Эти значения существенно влияют на работу опорного напряжения запрещенной зоны. Конкретно, предыдущие схемы показывают R2 и R3 в соотношении 1: 3, а Q5 имеет в 2 раза большую площадь эмиттера, чем Q4. На фото кристалла R2 и R3 равны, а площадь эмиттера Q5 в 8 раз больше, чем у Q4. Эти отношения приводят к другому ΔVbe. Чтобы компенсировать это, R1 и R4 различаются между предыдущими схемами и фотографией кристалла. Я объясню это подробно в более поздней статье, но суммирую Vref = 2 * Vbe + (2 * R1 + R2) / R4 * ΔVbe, что составляет примерно 2.5 вольт. Обратите внимание, что соотношение сопротивлений имеет значение, а не значения; это помогает противодействовать плохим допускам резисторов в микросхеме.

В кристалле Q8 сформирован из двух параллельно включенных транзисторов. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы сформировать сбалансированный компаратор, поэтому я не понимаю мотивацию, стоящую за этим. Моя основная теория заключается в том, что это немного увеличивает опорное напряжение до 2,5 В. Б. Энгл предполагает, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении.

[10] Я не буду вдаваться в подробности ссылки на запрещенную зону, упомяну только, что это звучит как какое-то сумасшедшее квантовое устройство, но на самом деле это всего лишь пара транзисторов.Для получения дополнительной информации о том, как работает эталон запрещенной зоны, см. Как сделать эталон напряжения запрещенной зоны в одном легком уроке Пола Брокоу, изобретателя Ссылка на запрещенную зону. Презентация по ссылке на запрещенную зону находится здесь.

[11] В некотором смысле схема запрещенной зоны в TL431 работает «в обратном направлении» по отношению к обычному опорному напряжению запрещенной зоны. Обычная запрещенная схема обеспечивает необходимые эмиттерные напряжения для получения желаемого напряжения на выходе. Схема TL431 принимает опорное напряжение в качестве входа, а напряжения эмиттера используются в качестве выходов для компаратора.Другими словами, в отличие от блок-схемы, внутри TL431 есть стабильное опорное напряжение , а не , которое сравнивается с опорным входом. Вместо этого вход ref генерирует два сигнала для компаратора, которые совпадают, когда на входе 2,5 вольта.

[12] О TL431 написано много статей, но они, как правило, очень технические, предполагая наличие знаний в теории управления, графиках Боде и т. Д. TL431 в контурах импульсных источников питания — это классический образец TL431, созданный Кристофом Бассо и Петром Каданкой.Это объясняет TL431 от внутренних компонентов через компенсацию контура до фактического источника питания. Он включает подробную схему и описание внутренней работы TL431. Другие статьи по теме доступны на сайте powerelectronics.com. Проектирование с использованием TL431, Ray Ridley, Switching Power Magazine — это подробное объяснение того, как использовать TL431 для обратной связи по источнику питания, а также детали компенсации петли. TL431 в разделе «Управление импульсными источниками питания» — это подробная презентация ON Semiconductor.Техническое описание TL431 включает схему внутреннего устройства микросхемы. Как ни странно, сопротивления на этой схеме сильно отличаются от того, что можно увидеть на кристалле.

Как работает шунтирующий регулятор TL431, техническое описание, приложение

В этом посте мы узнаем, как микросхема шунтирующего регулятора обычно работает в схемах SMPS. Мы возьмем пример популярного устройства TL431 и попытаемся понять его использование в электронных схемах с помощью нескольких замечаний по его применению.

Электрические характеристики

Технически устройство TL431 называется программируемым шунтирующим стабилизатором, проще говоря, это регулируемый стабилитрон.

Давайте узнаем больше о его характеристиках и примечаниях к применению.

TL431 обладает следующими основными характеристиками:

• Выходное напряжение настраивается или программируется от 2,5 В (минимальное опорное напряжение) до 36 В.
• Низкое динамическое выходное сопротивление, около 0,2 Ом.
• Допустимая нагрузка по току стока до 100 мА
• В отличие от обычных стабилитронов, генерация шума незначительна.
• Молниеносная реакция на переключение.

Как работает IC TL431?

TL431 — это трехконтактный транзистор, подобный (например, BC547) регулируемому или программируемому стабилизатору напряжения.
Выходное напряжение можно измерить, используя всего два резистора на указанных выводах устройства.

На схеме ниже показана внутренняя блок-схема устройства, а также обозначения контактов.

На следующей схеме показаны выводы реального устройства. Давайте посмотрим, как это устройство можно сконфигурировать в практических схемах.

Примеры схем с использованием TL431

Схема ниже показывает, как указанное выше устройство TL431 можно использовать в качестве типичного шунтирующего регулятора.

На приведенном выше рисунке показано, как с помощью пары резисторов TL431 можно подключить как шунтирующий стабилизатор для генерации выходных сигналов от 2,5 до 36 В. R1 — переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.

Последовательный резистор на положительном входе питания можно рассчитать по закону Ома:

R = Vi / I = Vi / 0,1

Здесь Vi — вход питания, который должен быть ниже 35 В. 0,1 или 100 мА — это Максимальный шунтирующий ток, указанный в спецификации ИС, а R — резистор в Ом.

Расчет резисторов шунтирующего стабилизатора

Следующая формула подходит для получения значений различных компонентов, используемых для фиксации шунтирующего напряжения.

Vo = (1 + R1 / R2) Vref

В случае, если 78XX необходимо использовать вместе с устройством, можно использовать следующую схему:

Заземление катода TL431 соединено с контактом заземления 78XX. Выход из 78XX IC связан с цепью делителя потенциала, который определяет выходное напряжение.

Детали можно идентифицировать по формуле, показанной на диаграмме.

Вышеуказанные конфигурации ограничены максимальным током на выходе 100 мА. Для увеличения тока можно использовать транзисторный буфер, как показано на следующей схеме.

На приведенной выше диаграмме расположение большинства деталей аналогично конструкции первого шунтирующего регулятора, за исключением того, что здесь катод снабжен положительным резистором, а точка также становится базовым триггером подключенного буферного транзистора.

Выходной ток будет зависеть от величины тока, который транзистор может потреблять.

На приведенной выше диаграмме мы видим два резистора, значения которых не указаны, один последовательно с входной линией питания, другой — на базе транзистора PNP.

Резистор на входе ограничивает максимально допустимый ток, который может быть поглощен или шунтирован транзистором PNP. Это можно рассчитать так же, как обсуждалось ранее для первой схемы регулятора TL431.Этот резистор защищает транзистор от сгорания из-за короткого замыкания на выходе.

Резистор на базе транзистора не критичен и может произвольно выбирать любое значение от 1 кОм до 4 кОм.

Области применения ИС TL431

Хотя вышеуказанные конфигурации могут использоваться в любом месте, где может потребоваться точная установка напряжения и эталоны, в настоящее время они широко используются в схемах SMPS для генерации точного опорного напряжения для подключенного оптопары, которая в Turn побуждает входной МОП-транзистор SMPS отрегулировать выходное напряжение точно до желаемых уровней.

Для получения дополнительной информации перейдите на https://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431A.pdf

Схемы TL431 — Руководство для начинающих

Нужны ли вам цепи питания для вашей конфигурации с разомкнутым контуром или для проекта линейного регулятора? Или вы ищете схему, которая служит компаратором для всех видов напряжения? Тогда схемы TL431 — идеальный выбор. Кроме того, они идеально подходят для работы с обычным эталонным напряжением с запрещенной зоной или программируемым шунтирующим эталонным напряжением.

Цепь TL431 имеет решающее значение для микросхемы управления напряжением и питанием, хотя ее настройка немного сложна.Кроме того, он оснащен опорным напряжением для запрещенной зоны с температурной компенсацией.

Другими словами, схема TL431 довольно сложна. Кроме того, это может запутать вас, особенно если вы новичок.

К счастью, мы создали эту подробную статью, чтобы дать вам подробную информацию о схемах TL431.

Вы готовы? Тогда приступим!

Цепь TL431, которая входит в контур импульсного источника питания, представляет собой трехконтактную интегральную схему.И вы можете использовать его как регулируемый прецизионный шунтирующий стабилизатор напряжения. Таким образом, вы можете присоединить к реальной цепи обратной связи источника питания TL431 внешний делитель напряжения. Кроме того, вы можете регулировать номинальное напряжение от 2,5 до 36 с максимальным током резервного источника питания 100 мА и переходным конденсатором.

Прежде чем мы погрузимся в принцип работы этой схемы, рассмотрим особенности схемы TL431:

Имеет хорошие допуски по опорному напряжению при температуре 25 ° C для:

• Стандартный допуск по маркам и выходной конденсатор (2%)
• Допуск по классу A и традиционный конденсатор (2%)
• Допуск класса B (2%)

• TL431 также имеет регулируемое выходное напряжение от Vref до 36 В
• Выдерживает воздействие температуры от −40 ° C до 125 ° C
• Имеет типичный температурный дрейф (TL43xB):
• 14 мВ (I Temp, Q Temp)
• Шесть мВ (C Temp)
• Создает низкий выходной шум
• Имеет типичное выходное сопротивление 0.2-Ом
• Имеет ток потребления от 1 мА до 100 мА
• Тип конденсатора в TL431 имеет переменную емкость с напряжением

Как мы упоминали ранее, TL431 по сути является контроллером напряжения с 8-выводным корпусом IC. Но это только на фундаментальном уровне. Углубляясь, мы обнаруживаем, что TL431 является альтернативой регулируемому стабилитрону напряжения. Он также поддерживает корпус SOT23-3 для поверхностного монтажа и корпус, подобный транзистору.

Plus, вы можете установить выходное напряжение с помощью:

• Разнообразие упаковок
• Большой пакет
• Резистор внешнего прецизионного делителя

Но это еще не все!

Первый конденсатор схемы также работает с диодом с обратным смещением и диодом для сравнения.

Итак, как это работает?

Схема определяет значения сопротивления резисторов R1 и R2.Кроме того, он создает обратную связь и плохие допуски резисторов, которые зависят от парциального давления Vo.

Значит, когда Vo увеличивается, возрастает и обратная связь, и шунт TL431. По сути, увеличение шунта снижает давление и подробную схему Vo.

Кроме того, вам нужно что-то сделать, когда напряжение на клеммах REF и предыдущая схема равны опорному напряжению. Здесь идеально поддерживать стабильность отрицательной обратной связи и внутренней схемы цепи.На этом этапе у вас будет Vo = (1 + R1 / R2) Vref.

Также вы можете получить любое выходное напряжение и максимальный ток от 2,5 до 36 В. И это происходит, когда вы выбираете разные значения для резисторов R1 и R2.

Обратите внимание, что перед тем, как TL431 сможет работать, необходимо выполнить некоторые необходимые условия. Один из них включает выбор подходящего резистора, медного анода и основного уровня внутреннего анода. Следовательно, ток, проходящий через анодные контакты и катод TL431, должен быть больше 1 мА.

Подводя итог, можно сказать, что выходное напряжение схемы и выходная дискретизация увеличиваются при увеличении входного напряжения. Короче говоря, это принцип работы и уровень снятия чипов TL431.

Кроме того, вы можете настроить внутреннюю цепь для увеличения тока, протекающего через нее. Кроме того, схема ограничения тока также увеличивает падение напряжения на резисторе ограничения тока.

Итак, для достижения стабилизации напряжения;

Выходное напряжение = входное напряжение — токоограничивающее сопротивление.

Вот девять приложений, использующих схему TL431.

Применение регулируемой схемы регулятора и частоты переключения довольно просто, когда вы используете интегральную схему TL431.

Схема регулируемого регулятора

Источник: Wikimedia Commons

Итак, схема может регулировать плохое усиление и напряжение в диапазоне 2.Номинальное напряжение 5–36 В. Плюс это зависит от следующего:

• Входное напряжение питания
• Макет платы
• Изменение значений компонентов R2 и R1

Кроме того, схема регулируемого регулятора использует следующую формулу и блок-схему для расчета;

V0 = Vref (1 + R1 / R2), Vref = 2,5 В.

Однако ток не превышает 100 мА. Следовательно, вы можете увеличить ток с помощью транзистора, бустерного транзистора или пары транзисторов, если захотите.

Можете ли вы связать напряжение этой цепи с (Vi — Vo)? Затем потребляемая мощность R увеличивается, когда разница напряжений огромна. Затем он становится программируемым шунтирующим регулятором с полупроводниковой технологией со стабилизированной температурой запрещенной зоны.

В прецизионном источнике опорного напряжения используется необычный вариант TL431 в цепи управления изолированных источников питания.Следовательно, вы можете использовать TL431 для обеспечения точного опорного напряжения и настройки его в качестве контроллера аналоговых цепей.

Почему? Потому что он оснащен встроенным усилителем ошибки.

Принципиальная схема прецизионного источника опорного напряжения

Источник : Wikimedia Commons

Кроме того, схемы прецизионных источников опорного напряжения имеют большой выходной транзистор, стабильное опорное напряжение и хорошую температурную стабильность.Однако убедитесь, что вы следите за значением CL при подключении емкостных нагрузок. Таким образом можно предотвратить самовозбуждение и получить стабильное опорное напряжение (Vref).

Схема детектора напряжения — это еще одна простая схема уровня давления, которую можно построить с помощью интегральной схемы TL431. Итак, вы можете использовать блок питания 5 В в цифровой схеме, биполярные транзисторы и настоящий транзистор.Кроме того, общий входной сигнал питания станет высококлассной логикой — с выходом 5В.

Итак, когда логический уровень низкий, выходной уровень снижается до 1,8 В. Таким образом, легко собрать эту схему с регулируемым шунтирующим регулятором для достижения петли обратной связи и желаемых результатов.

Принципиальная схема защиты от перенапряжения

Источник : Wikimedia Commons

Как следует из названия, схема обеспечивает защиту от высоких напряжений и обеспечивает температурную компенсацию аналоговых микросхем.Оборудование с этой входной схемой вывода автоматически отключается, когда его мощность превышает фиксированное значение напряжения. Сбалансированные опорные напряжения компаратора IC служат в качестве низкотемпературного регулируемого стабилитрона. Кроме того, вы можете запрограммировать его от Vref до 36 В с помощью двух внешних резисторов.

Эта однослойная схема имеет значительный диапазон тока от 1,0 мА до 100 мА для работы и типичное динамическое сопротивление 0,22 Вт. Таким образом, когда Vi проходит установленный предел напряжения обратной связи, он запускает TL431.При этом тиристор включается и генерирует значительный пульсирующий ток. Этот ток большего разнообразия перегорает предохранитель для защиты задней цепи. Следовательно, точка защиты V равна (1 + R1 / R2) Vref.

Вы можете использовать шунтирующий регулятор TL431 в регуляторе постоянного тока серии pass. Наиболее значимым фактором в этом выходе является RCL, а не R1. Хотя у R1 есть своя формула, это не так важно.

Формула Vref = 2,5 В.

Значение постоянного минимального напряжения зависит от внешнего сопротивления и положительных опорных значений напряжения.

Принципиальная схема источника постоянного тока

Источник: Wikimedia Commons

Поэтому важно учитывать запас при выборе силового транзистора для этой схемы. Более того, вы можете использовать этот источник тока в качестве ограничителя тока, если не подключаете его к стабилизированной цепи.

Компаратор TL431 проводит и включает оптопару. И это происходит, когда напряжение на нем превышает предел.

Принципиальная схема компаратора

Источник: Wikimedia Commons

Но помните, что TL431 имеет три контакта. VT измеряет напряжение на нем, которое пропорционально выходному напряжению.Таким образом, он грамотно использует критическое напряжение Vref = 2,5 В. Кроме того, формы выходных и входных сигналов хорошо отслеживаются из-за большого расстояния до TL431.

Монитор напряжения TL431 — еще одно приложение с единственной целью. Здесь схема загорается светодиодом, когда достигает целевого номинального напряжения. Следовательно, он идеально подходит для зарядных устройств аккумуляторов, таких как адаптер питания ноутбука, показывая, когда аккумуляторы полностью заряжены.

Кроме того, зарядные устройства для телефонов являются хорошими примерами устройств питания с этой схемой.

Итак, монитор напряжения использует простой верхний предел = Vref (1 + R1 / R2). Здесь верхний предел — это целевое напряжение, при срабатывании которого загорается светодиод с эмиттерным напряжением.

Принципиальная схема монитора напряжения

Источник : Wikimedia Commons

Опорное напряжение на TL431 составляет 2,5 В.Кроме того, R1 и R2 образуют делитель напряжения, который позволяет вам установить желаемый диапазон верхнего предела.

В этом приложении что-то происходит, когда напряжение на клемме REF немного изменяется. Он изменяет шунт от катодного напряжения. Также процесс меняет анод в пределах 1 — 100 мА. Таким образом, это влияет как на катодный, так и на анодный ток.

Благодаря управляемым характеристикам шунта вы можете использовать небольшие изменения напряжения для управления световым индикатором, реле и т. Д.Кроме того, вы даже можете напрямую управлять текущими звуковыми нагрузками.

Схема элементов управляемого шунта

Источник: Wikimedia Commons

Импульсные источники питания предыдущего поколения отличались одной функцией.

TL431 отправил выходной ток обратно на вход переменного тока после усиления ошибки.Однако новейшие технологии позволяют большинству отраслей электроэнергетики принять новую схему.

Схема импульсного блока питания

Источник: Wikimedia Commons

Здесь TL431 отправляет выходной сигнал в виде обратной связи по напряжению, чтобы он мог усилить ошибку. Затем тонущий конец TL431 приводит в действие светоизлучающую секцию оптопары. Благодаря этому вы можете получить обратную связь по напряжению от оптопары.Также с его помощью можно настроить время текущего режима ШИМ-контроллера. Таким образом, делая выходное напряжение постоянного тока стабильным.

Подводя итог, можно сказать, что схемы TL431 могут использоваться по-разному, не ограничиваясь девятью перечисленными выше приложениями. Например, схема помогает вам контролировать входное напряжение ваших устройств, как программируемый стабилитрон. Итак, если вам нужен компаратор напряжения, выберите TL431.

Перед тем, как завернуть эту статью, вы должны знать следующее:

Точность ваших резисторов определяет точность вашего монитора напряжения.Следовательно, вы можете настроить это с помощью последовательного резистора R2. И вы можете найти его последовательно с маломощным переменным резистором и другими электронными компонентами.

Вам все еще трудно понять, что происходит со схемами TL431? Тогда свяжитесь с нами. Мы будем рады помочь!

Введение в TL431 — Инженерные проекты

Всем привет! Я надеюсь, что вы все будете в полном порядке и весело проведете время.Сегодня я расскажу вам о Introduction to TL431. TL 431 — это программируемые диоды шунтирующего стабилизатора с тремя выводами. Это диод с низким температурным коэффициентом, который может быть запрограммирован от опорного напряжения (Vref) до 36 В при подключении к 2 внешним резисторам.

TL 431 имеет сопротивление 0,22 Ом и диапазон тока от 1 мА до 100 мА. В нескольких различных приложениях стабилитроны могут быть заменены диодом TL 431 из-за его эффективности. Эти приложения включают источники питания, схемы операционного усилителя (ОУ) и цифровые вольтметры.TL-431 может использоваться как положительный или отрицательный источник опорного напряжения, поскольку он работает как шунтирующий стабилизатор. TL-431 имеет низкое выходное шумовое напряжение. Он не содержит свинца (Pb), галогенов и соответствует требованиям RoHS. Дополнительные сведения о TL 431, например, его особенности, характеристики и конфигурация контактов будут объяснены позже в этом руководстве.

Введение в TL431

TL431 — это диод шунтирующего стабилизатора, поэтому его можно использовать как положительный или отрицательный источник опорного напряжения. Он имеет низкое выходное шумовое напряжение.TL-431 можно заменить стабилитроном во многих приложениях, например. цифровые вольтметры, схемы операционного усилителя, источники питания и т. д. TL-431 показан на рисунке ниже.

1. Распиновка TL431

• TL-431 имеет всего три контакта: опорный, анодный и катодный.
• Все три контакта вместе с их символом приведены в таблице, приведенной ниже.

2. Конфигурация контактов TL431

• Правильно обозначенная схема контактов любого устройства улучшает положение пользователя.
• Я сделал полностью размеченную схему диода TL 431 вместе с его анимацией.
• Полная распиновка вместе с анимацией, символьным представлением и реальным изображением TL-431 показана на рисунке ниже.

3. Пакеты TL431

• TL-431 имеет два разных типа пакетов SOT-23 (3) и SOT-23 (5).
• Обе эти упаковки вместе с их размерами и номерами деталей приведены в таблице, приведенной ниже.

4. Схема TL431

• Принципиальная схема устройства помогает нам понять его внутренние функции.
• Я предоставил помеченную принципиальную схему TL 431, как показано на рисунке ниже.

5. Рейтинги TL431

• Номинальные значения тока, напряжения и мощности любого устройства показывают его потребляемую мощность, то есть количество тока и напряжения, достаточное для его работы.
• В приведенной ниже таблице указаны значения тока, мощности и напряжения TL-431.

6. Приложения TL431

Есть много приложений, связанных с TL-431, некоторые из реальных приложений TL 431 приведены ниже.

• Контроль напряжения.
• Компаратор со встроенным эталоном.
• Регулируемое опорное напряжение.
• Замена стабилитрона.
• Регулируемая привязка по току.

Итак, это все из учебника Введение в TL431. Надеюсь, вам понравился этот замечательный урок.Если у вас есть какие-либо проблемы, вы можете спросить меня в комментариях в любое время, даже не колеблясь. Я постараюсь как можно лучше разобраться с вашими проблемами, если это возможно. Наша команда также доступна 24/7, чтобы помочь вам. Я изучу другие микросхемы и диоды в моем следующем руководстве и обязательно поделюсь ими с вами. Итак, а пока, Береги себя 🙂

Автор: Сайед Зайн Насир

Я Сайед Зайн Насир, основатель Инженерные проекты (TEP). Я программист с 2009 года, до этого я просто занимаюсь поиском, делаю небольшие проекты, а теперь я делюсь своими знаниями через эту платформу. Я также работаю фрилансером и выполнил множество проектов, связанных с программированием и электрическими схемами. Мой профиль Google +

Навигация по сообщениям

(PDF) Проектирование с помощью TL431

К сожалению, для многих встроенных блоков питания

встроен в контроллер и не может быть легко заменен

.Это часто вынуждает оптопару работать в слаботочной области

, и конструкция контура нарушается.

66 .. TTLL443311 CCoommpplleettee CCoommppeennssaattiioonn

Два тракта обратной связи конфигурации TL431 объединяют

, чтобы дать полную компенсацию, как показано на рисунке 7. Коэффициент усиления интегрального

, показанный синим цветом, преобладает на низких частотах, и

второй путь обратной связи через резистор смещения доминирует

на средних и высоких частотах.

Итоговая общая компенсация отображается красным цветом. Это по-прежнему

желаемая компенсация типа II, оптимальная для управления в режиме тока

. Однако конструкция точек излома частоты

теперь более сложна и определяется другими компонентами

, а не только частями обратной связи вокруг усилителя ошибки.

Важными конструктивными особенностями являются:

1. Усиление в средней полосе определяет частоту кроссовера

. Это зависит от резисторов R

4

и R

5

,

и коэффициента передачи тока оптопары.Эти компоненты

следует выбирать в первую очередь при проектировании контура

.

2. Компенсация нулевая. Это происходит, когда коэффициент усиления интегратора

, образованный R1 и C1, равен единице. Обычно мы устанавливаем этот ноль примерно на одну треть частоты кроссовера

контура управления.

3. Полюс высокочастотный. Это определяется характеристикой оптрона

и точкой смещения. Мы

обычно стремимся сделать это как можно выше.

Я встречал множество схем питания, в которых

TL431 использовался просто как стабилитрон, без использования усилителя

для усиления низких частот. Это почти всегда выполняется

, потому что разработчик не понимает сложных действий различных контуров и не имеет доступа к оборудованию для измерения отклика частоты

для подтверждения стабильной конструкции

. Штрафом является очень плохая переходная характеристика и плохое регулирование постоянного тока

.Правильное использование

усилителя TL431 стоит всего несколько центов, но, конечно, для этого требуются более высокие инженерные навыки

.

77 .. TTLL443311 LLoooopp MMeeaassuurreemmeenntt

TL431, когда он используется в качестве усилителя ошибок, как показано на

Рис. 2, на самом деле является удивительно хорошей деталью по очень доступной цене —

. При использовании в своей нормальной конфигурации развязки,

, как показано на рисунке 3, он по-прежнему является очень хорошим компонентом,

, но в контуре преобладает на всех частотах отклик оптопары

.

Если вы собираетесь использовать эту схему для компенсации (а у

большой процент коммерческих расходных материалов), вы ДОЛЖНЫ,

повторять, ДОЛЖНЫ измерить результирующее усиление контура, чтобы убедиться, что

у вас надежно стабильный система. Полная стабильность вашей системы питания

, использующей схему TL431, зависит от величин

, которые могут быть очень переменными. Коэффициент усиления и полоса пропускания

оптопары могут изменяться от детали к детали, а также значительно изменяются в зависимости от времени и температуры.

Следует соблюдать осторожность при измерении петли. Важно, чтобы

вы нарушили оба пути обратной связи путем ввода, как показано на рис. 8

. Это обеспечит правильное усиление контура системы.

Если вы попытаетесь измерить контур в точке A или B

, показанной на этом рисунке, результаты измерения не будут особенно полезными для проектирования контура с хорошей компенсацией.

Дополнительная действительная точка для ввода и измерения находится в

точке C, на первичной стороне границы изоляции,

, хотя это иногда труднее реализовать из-за

линейных напряжений.

88 TTLL443311 wwiitthh SSeeccoonndd SSttaaggee FFiilltteerr

И последнее замечание об использовании схемы TL431: в некоторых приложениях

катионов требуется фильтр второй ступени для создания малошумящего выхода источника питания

, как показано на Рисунок 9а. В этой конфигурации один контур обратной связи замыкается через R

5

слева от катушки индуктивности второго каскада

, а другой контур обратной связи

через интегратор справа от катушки индуктивности фильтра. , а

— выход блока питания.

Очень интересная и полезная схема. Пока резонанс фильтра второй ступени

должным образом затухает, а его частота

находится далеко за первым нулем компенсации TL431 com-

, схема будет стабильной. График Боде на Рисунке

9b ясно показывает, почему. Дополнительная фазовая задержка и полюса фильтра второй ступени

проявляются непосредственно в контуре через интегратор

, но это не определяет отклик контура, когда

коэффициент усиления интегратора меньше единицы — за пределами нуля

от общей компенсации.

4

©

Copyright 2005 Switching Power Magazine

Рисунок 7: Конечное усиление компенсации TL431

Рисунок 8: Точки измерения контура TL431

Проектирование с TL431

LT1431 Техническое описание и информация о продукте

Номер модели — это конкретная версия универсального препарата, который можно купить или попробовать.

Статус указывает текущий жизненный цикл продукта. Это может быть один из 4 этапов:

• Pre-Release: Модель не выпущена в серийное производство, но есть образцы может быть доступно.
• Производство: Модель в настоящее время производится и общедоступна для покупки. и отбор проб.
• Последняя покупка: Модель устарела, но ее все еще можно купить. на ограниченное время.
• Устарело: конкретная часть устарела и больше не доступна. Другие модели в списке в таблице могут быть доступны (если они имеют статус, который не является устаревшим).

Пакет для этой микросхемы (т.е. DIP, SOIC, BGA). Оценочная доска — это доска, созданная Чтобы показать работоспособность модели, деталь нанесена на плату.

Подробные чертежи и химический состав можно найти в нашем Сайт пакета.

Количество кеглей — это количество кеглей, шариков или подушечек на устройстве. Схемы распиновки Описание функций контактов & можно найти в таблице данных.

Это приемлемый рабочий диапазон устройства.Указанные различные диапазоны следующие:

• Коммерческий: от 0 до +70 градусов Цельсия
• Военный: от -55 до +125 градусов Цельсия
• Промышленный: Диапазон температур зависит от модели. Пожалуйста, сверьтесь с таблицей данных для Дополнительная информация.
• Автомобильная промышленность: от -40 до +125 градусов Цельсия

Указывает вариант упаковки модели (трубка, катушка, лоток и т. Д.) И стандартного количество в этом варианте упаковки.

Цены в списке США указаны ТОЛЬКО ДЛЯ БЮДЖЕТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ и указаны в долларах США. (FOB США за единицу указанного объема) и может быть изменено. Международный цены могут отличаться из-за местных пошлин, налогов, сборов и обменных курсов. Для конкретных объемов цены или предложения по доставке, пожалуйста, свяжитесь с вашим местным торговым представительством Analog Devices, Inc. или авторизованный дистрибьютор. Цены, отображаемые для оценочных плат и комплектов, основаны на по ценообразованию за 1 штуку.

Это дата, когда компания Analog Devices, Inc.предполагает, что товар будет доставлен из склад. Большинство заказов отправляются в течение 48 часов с этой даты. размещено, Analog Devices, Inc. отправит электронное письмо с подтверждением заказа для подтверждения ваша дата доставки. Важно отметить запланированную дату стыковки в заказе. экран входа. Мы принимаем заказы на товары, которых нет на складе, поэтому доставка может быть быть запланировано на будущее. Также обратите внимание на расположение склада для заказанный товар. У нас есть склады в США, Европе и Юго-Восточной Азии.Время перехода с этих сайтов может отличаться.
Наличие образца может быть лучше, чем наличие в производстве. Пожалуйста, введите образцы в корзину, чтобы проверить наличие образца.

Из-за заботы об окружающей среде ADI предлагает многие из наших продуктов в бессвинцовых версиях. Для получения дополнительной информации о деталях, не содержащих свинца, обратитесь к нашему Страница информации без свинца (свинца).

Это список уведомлений об изменении продукта (PCN) и прекращения выпуска продукта. Уведомления (PDN) опубликованы в сети для этой модели.Щелкните ссылку, чтобы получить доступ Информация о PCN / PDN. Онлайн-номера PCN доступны с 2009 года, а онлайн-номера PDN доступны с 2010 года. Чтобы получить старые номера PCN или PDN, обратитесь в отдел продаж ADI. Представитель. Для получения дополнительной информации о процессе ADI PCN / PDN посетите наш Информационная страница PCN / PDN.

Кнопка «Купить» будет отображаться, если модель доступна для покупки в Интернете. в Analog Devices или у одного из наших официальных дистрибьюторов. Выберите кнопку покупки для отображения наличия инвентаря и вариантов покупки в Интернете.Кнопка «Образец» будет отображаться, если модель доступна для веб-образцов. Если модель недоступна для веб-образцов поищите примечания на странице продукта, в которых указано, как запросить образцы или обратитесь в ADI.

10 шт. РЕГУЛЯТОРА ТОЧНОСТИ ТО-92 TL431ACL TL431 —

• Убедитесь, что он подходит, введя номер своей модели.
• Тип опорного сигнала: шунтирующий, регулируемый
• Катодный ток: 1 мА, ток покоя: -, выходной ток: 100 мА
• Допуск: ± 1%, входное напряжение: 2,47 ~ 2,52 В, выходное напряжение: 2,5 ~ 36 В
• Количество звеньев: 1, температурный коэффициент: 50 ppm / ° C
• Соответствие RoHS: Да, Упаковка / футляр: TO-92