Shrnutí

Napěťové reference Texas Instruments řady TL431 jsou známé svou přesností a všestranností v oblasti návrhu elektronických obvodů. Tyto součástky, představené v roce 1977, se běžně označují jako nastavitelné boční regulátory nebo programovatelné přesné reference. Jsou vysoce ceněny pro svou schopnost udržovat stabilní výstupní napětí, což je klíčové v aplikacích, jako je řízení spotřeby, spínané zdroje a obvody přepěťové ochrany.

. Jednou z hlavních vlastností řady TL431 je interní teplotně kompenzovaná napěťová reference, která zajišťuje spolehlivý výkon v širokém rozsahu teplot. TL431 pracuje tak, že vede proud mezi svými katodovými a anodovými vývody, když napětí na referenčním vývodu překročí 2,5 V, čímž signalizuje řídicím čipům napájení, aby stabilizovaly výstupní napětí. Díky této přesnosti a přizpůsobivosti je TL431 oblíbenou volbou pro konstruktéry, kteří chtějí do svých obvodů implementovat účinnou a stabilní regulaci napětí. V průběhu let společnost Texas Instruments rozšířila řadu TL431 o několik variant, například TL432, TL431LI a širší řadu TL43xx. Každá varianta je přizpůsobena tak, aby splňovala specifická výkonnostní kritéria a podmínky prostředí, od spotřební elektroniky až po průmyslové aplikace. Tyto deriváty nabízejí varianty balení, teplotních rozsahů a počátečních úrovní tolerance, což inženýrům poskytuje řadu možností, které přesně vyhovují jejich potřebám. Navzdory svému širokému využití a spolehlivosti se řada TL431 neobešla bez kontroverzí. Společnost Texas Instruments přiznala, že jejich původní hraniční grafy stability byly příliš optimistické, a doporučila konzervativnější konstrukční cíle, aby zajistila robustní výkon. To vedlo k diskusím v inženýrské komunitě ohledně optimálního provedení těchto napěťových referencí k dosažení nejlepší stability a spolehlivosti v různých aplikacích.

Specifikace

Napěťové reference Texas Instruments řady TL431 jsou přesné programovatelné reference s několika pozoruhodnými specifikacemi a vlastnostmi. Tato zařízení jsou díky svým jedinečným funkcím řazena do různých kategorií, jako jsou "nastavitelný bočníkový regulátor", "programovatelná přesná reference", "programovatelná bočníková reference napětí" a "programovatelná zenerova reference".

.

Elektrické charakteristiky

TL431 funguje jednoduše tak, že vede proud mezi katodovými a anodovými vývody, když napětí na vstupu ref kolíku přesáhne 2,5 V.

. Toto vedení signalizuje řídicímu čipu zdroje, aby snížil výkon, a tím stabilizoval výstupní napětí. Vnitřní provoz čipu zahrnuje teplotně kompenzovanou referenci napětí v pásmu, která využívá tranzistory s různými plochami emitorů pro vyrovnání teplotních vlivů.

Fyzické vlastnosti

Model TL431 má jedinou vrstvu kovu, která spojuje jeho vnitřní součásti, přičemž fyzické rozměry matrice ovlivňují jeho funkční vlastnosti. Čip je připojen prostřednictvím tří pinů označených jako "ref", "anoda" a "katoda".

.

Balení a varianty

Společnost Texas Instruments nabízí čip TL431 v různých variantách balení pro různé aplikace. V datovém listu TL431 jsou uvedeny podrobné elektrické charakteristiky a absolutní maximální jmenovité hodnoty, které zahrnují přípustné rozsahy napájecího napětí, vstupního napětí a provozní teploty.

. Řada TL431 zahrnuje také varianty, jako je TL432, které mají podobné vlastnosti přesnosti a programovatelnosti.

Příklady aplikací

Tyto napěťové reference se hojně používají v aplikacích pro řízení spotřeby, kde pomáhají udržovat stabilní výstupní napětí. Díky své přesnosti a programovatelnosti jsou vhodné pro použití v nastavitelných bočníkových regulátorech, spínaných zdrojích a obvodech přepěťové ochrany.

.

Operace

TL431 je tříkoncový nastavitelný bočníkový regulátor se specifikovanou teplotní stabilitou v použitelných teplotních rozsazích pro automobilový, komerční a vojenský průmysl. Pracuje podobně jako Zenerova dioda, ale jeho další výhodou je, že je programovatelný. Rozložení vývodů pro TL431 je jednoduché: prostřední vývod je anoda (A), levý vývod je referenční (R) a pravý vývod je katoda (K).

. Vnitřně obsahuje TL431 přesný zdroj referenčního napětí, komparátor a výstupní tranzistor. Když napětí na referenčním vývodu přesáhne 2,5 V, výstupní tranzistor se sepne a umožní průtok proudu mezi katodovým a anodovým vývodem . Díky tomuto chování je TL431 užitečný v řadě aplikací, včetně bočníkových regulátorů, přesných omezovačů proudu a jako součástka ve spínaných napájecích zdrojích a nabíječkách baterií . Zjednodušené blokové schéma ukazuje, že TL431 má vyšší účinnost než standardní Zenerova dioda, a to díky vnitřním součástkám, jako je komparátor Op-amp, referenční napětí a tranzistory . Poskytuje programovatelné výstupní napětí až 40 V s garantovanou tolerancí referenčního napětí 0,5%. Mezi další vlastnosti patří nízká dynamická výstupní impedance, rozsah katodového proudu od 1mA do 150mA a nízký teplotní koeficient 50PPM/°C, který zajišťuje stabilní provoz v širokém rozsahu teplot. V praktických aplikacích lze TL431 nakonfigurovat do základního obvodu bočníkového regulátoru napětí podobného regulátoru se Zenerovou diodou, kde je rezistor (R) připojen ke katodě (K). Toto nastavení umožňuje regulátoru TL431 udržovat stabilní výstupní napětí s nízkým výstupním šumovým napětím a rychlou dobou odezvy při zapnutí . Kromě toho se TL431 díky své univerzálnosti a spolehlivosti běžně vyskytuje ve spínaných napájecích zdrojích a další digitální elektronice. Při vyšších proudových požadavcích lze TL431 spárovat se sériovým propustným tranzistorem a přeměnit tak bočníkový regulátor na sériový, čímž se výrazně zvýší proudová kapacita . Tato přizpůsobivost a široká škála aplikací podtrhují roli TL431 v moderním elektronickém designu.

Varianty

Od roku 1977, kdy byla řada TL431 uvedena na trh společností Texas Instruments, vznikla řada variant a odvozenin, z nichž každá je přizpůsobena specifickým výkonnostním kritériím a požadavkům aplikací. Zatímco původní model TL431 se stále vyrábí, jeho deriváty, jako jsou TLV431, TL432, ATL431, KA431, LM431 a TS431, vznikly s cílem uspokojit různé potřeby v oblasti přesnosti, rychlosti a balení.

.

TL432

Model TL432 je v podstatě elektricky ekvivalentní variantou modelu TL431, ale je k dispozici pouze v pouzdrech pro povrchovou montáž a má jiné uspořádání vývodů. Tato varianta poskytuje stejné referenční napětí a provozní charakteristiky, což umožňuje kompaktnější provedení vhodné pro moderní uspořádání desek plošných spojů.

.

TL431LI

TL431LI je dalším důležitým derivátem nabízeným ve dvou třídách s počátečními tolerancemi 0,5% a 1% při 25 °C pro třídy B a A. Tato varianta se vyznačuje nízkým driftem výstupu v závislosti na teplotě, což zajišťuje vynikající stabilitu v širokém rozsahu teplot od -40 °C do 125 °C.

.

Řada TL43xx

Širší řada TL43xx, včetně zařízení TL43xxC, TL43xxI a TL43xxQ, je charakterizována pro různé rozsahy provozních teplot. Zařízení TL43xxC je určeno pro teploty od 0 °C do 70 °C, TL43xxI pro teploty od -40 °C do 85 °C a TL43xxQ pro teploty od -40 °C do 125 °C. Tyto varianty vyhovují různým podmínkám prostředí, takže jsou vhodné pro širokou škálu aplikací od spotřební elektroniky až po průmyslová zařízení.

.

Klony a alternativy

Kromě oficiálních variant od Texas Instruments je trh zaplaven klony a alternativními verzemi, jako je 142ЕН19, které jsou funkčně podobné, ale mohou se lišit velikostí matrice, uspořádáním a specifickými výkonnostními parametry, jako jsou minimální provozní proudy a bezpečné provozní oblasti.

. Každá z těchto variant a klonů nabízí jedinečný soubor funkcí, které lze využít k optimalizaci elektronických návrhů pro konkrétní aplikace, ať už jde o napájecí zdroje, nabíječky baterií nebo monitory napětí. Pochopením nuancí jednotlivých derivátů mohou konstruktéři vybrat nejvhodnější součástku pro dosažení požadované rovnováhy mezi přesností, spolehlivostí a účinností .

Návrh obvodů

Napěťové reference Texas Instruments řady TL431 jsou univerzální součástky, které se často používají v různých obvodech. Vnitřní obvody TL431 zahrnují tranzistor NPN na výstupu předimenzovaný z op-ampu s přesnou referencí napětí 2,5 V.

. Toto přesné referenční napětí je základem pro jeho použití v mnoha aplikacích, jako jsou obvody komparátorů napětí, nabíječky a monitory baterií, solární aplikace a obvody spínaných zdrojů.

Bočníkový regulátor

TL431 lze nakonfigurovat jako bočníkový regulátor, který je schopen produkovat napětí mezi 2,5 V a 36 V pomocí pouhých dvou rezistorů na uvedených vývodech zařízení.

. Zařízení lze použít jako typický bočníkový regulátor, jak je znázorněno na blokovém schématu. V této konfiguraci je R1 proměnný odpor, který upravuje výstupní napětí, a sériový odpor na kladném vstupu zdroje lze vypočítat pomocí Ohmova zákona: ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0,1} ), kde ( V_i ) je vstup zdroje a musí být nižší než 35 V.

Obvod detektoru napětí

Jednoduché použití obvodu TL431 je v obvodu detektoru napětí 2,5 V. Toto zapojení zahrnuje dělič napětí tvořený rezistory R1 a VR1. Když napětí na referenční svorce (REF) překročí 2,5 V, proud teče z katody (K) na anodu (A) integrovaného obvodu, podobně jako pracuje Zenerova dioda.

. Tento princip lze použít ke zjištění, zda je vytažený integrovaný obvod ze staré desky s plošnými spoji stále funkční, protože nejjednodušší nastavení obvodu může indikovat funkční stav na základě chování LED.

Přesný zdroj referenčního napětí

Přesné referenční napětí TL431 2,5 V se využívá v různých vysoce přesných aplikacích. Může například fungovat jako přesný sériový regulátor s vysokým proudem nebo bočníkový regulátor s vysokým proudem. Referenční napětí zůstává stabilní v širokém rozsahu teplot díky své teplotně kompenzované konstrukci, což zajišťuje spolehlivý provoz v různých podmínkách prostředí.

.

Spínaný zdroj napájení

V konstrukcích spínaných zdrojů může být TL431 součástí zpětnovazební smyčky pro přesnou regulaci výstupního napětí. Když vstupní napětí překročí nastavenou mez napětí zpětné vazby, spustí se TL431, zapne tyristor a generuje pulzující proud, který může vyhodit pojistku chránící obvod.

. Tento mechanismus zajišťuje, že bod napěťové ochrany se rovná ((1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} ), což poskytuje robustní přepěťovou ochranu.

Řízený bočník

TL431 má také řízenou bočníkovou charakteristiku, takže malé změny napětí na svorce REF mohou významně ovlivnit katodový a anodový proud. Díky této vlastnosti je užitečný pro ovládání kontrolních světel, relé nebo pro přímé řízení zvukových zátěží.

. Řízená funkce bočníku rozšiřuje univerzálnost TL431 v aplikacích vyžadujících přesnou regulaci proudu.

Srovnání

Navzdory své popularitě má napěťová reference řady TL431 několik konkurentů a různých tříd, které mohou vyhovovat specifickým požadavkům. Modely TL431, TL431AIDR a TL431BIDR mají stejnou vnitřní strukturu a materiály, ale liší se svými specifikacemi a stupni testování. Toto rozlišení umožňuje různé aplikace v závislosti na požadavcích na přesnost a stabilitu

. Společnost Texas Instruments přiznala, že její grafy stability pro TL431 jsou příliš optimistické, a navrhla, že robustní konstrukce by se měly zaměřit na minimálně 30stupňovou fázovou rezervu namísto původně popsané nulové fázové rezervy. Toho se dosahuje zavedením sériového odporu mezi katodu a kapacitu zátěže, který ruší nežádoucí fázové zpoždění způsobené samotnou kapacitou zátěže. Navíc přesný obvod referenčního napětí využívající TL431 poskytuje lepší teplotní stabilitu a vyšší výstupní proud ve srovnání s jinými referencemi. Aby se zabránilo samobuzení v kapacitních zátěžích, je nutné pečlivě zvážit hodnotu CL. Tím se zvyšuje výkon TL431 v různých aplikacích, včetně izolovaných napájecích zdrojů a nastavitelných regulovaných napájecích zdrojů. Kromě toho je TL431 chválen pro svou jednoduchou implementaci v obvodech, jako je ochrana proti přepětí, monitorování napětí a detekce napětí. Tyto aplikace využívají interní vlastnosti TL431, jako je vestavěný zesilovač chyb a stabilní referenční napětí, k zajištění spolehlivého a efektivního výkonu v digitálních i analogových obvodech.

Spolehlivost

Spolehlivost je kritickým aspektem při návrhu obvodů využívajících napěťové reference Texas Instruments řady TL431. Zajištění přesnosti výpočtů v kalkulátoru TL431 pomocí simulace a testování obvodu v reálných podmínkách je prvořadé. Porovnání výsledků simulace se skutečnými výsledky testů umožňuje ověřit výkonnost obvodu TL431 a přesnost vypočtených hodnot. Tento krok pomáhá při provádění nezbytných úprav před dokončením návrhu a zajišťuje dosažení požadovaného výstupního napětí a výkonu.

. Společnost Texas Instruments uznává, že její grafy stability pro TL431 mohou být příliš optimistické. Pro robustní konstrukce se doporučuje zaměřit se na fázovou rezervu alespoň 30 stupňů. Praktické aplikace často zahrnují vložení sériového odporu mezi katodu a kapacitu zátěže, což zvyšuje ekvivalentní sériový odpor (ESR) a potlačuje nežádoucí oscilace. Tato metoda zavádí nízkofrekvenční nulu a ruší velkou část nežádoucího fázového zpoždění způsobeného samotnou kapacitou zátěže. Kromě toho lze výkon TL431 vyhodnotit měřením stability výstupního napětí pomocí specifických testovacích obvodů. Nastavení napájecího napětí a sledování změn výstupu TL431 pomáhá určit jeho funkčnost za různých podmínek. Správným nastavením a testováním lze zjistit, zda TL431 udržuje normální provozní stavy, a zajistit tak spolehlivost regulace napětí. Spolehlivost TL431 je dále zdůrazněna rozdíly ve třídách a testovacích procesech. Otázky týkající se vnitřní struktury a konzistence materiálu v různých třídách, jako jsou TL431AIDR a TL431BIDR, zdůrazňují důležitost pochopení limitů specifikace a zkušebních procesů. Tím je zajištěno, že vybraná třída splňuje požadavky na spolehlivost pro konkrétní aplikace.

Průmyslové standardy

Společnost Texas Instruments se etablovala jako klíčový hráč v polovodičovém průmyslu a klade velký důraz na dodržování průmyslových norem, aby zajistila spolehlivost a kvalitu svých výrobků. Společnost navrhuje, vyrábí, testuje a prodává analogové a vestavěné polovodiče, které jsou určeny pro různé trhy, jako je průmysl, automobilový průmysl, osobní elektronika, komunikační zařízení a podnikové systémy.

. Dodržování přísných průmyslových norem je v těchto odvětvích, kde je nejdůležitější výkon a spolehlivost, velmi důležité. V roce 1992 získala společnost Texas Instruments prestižní ocenění Malcolm Baldrige National Quality Award pro oblast výroby, které podtrhuje její závazek dodržovat standardy kvality. Toto ocenění přimělo společnost přijmout Baldrigeova kritéria jako svá měřítka kvality, což dále upevnilo její oddanost špičkové kvalitě v oboru. Toto zaměření na kvalitu nejen zlepšilo její pověst, ale vedlo také k uzavření důležitých smluv s velkými společnostmi, jako jsou Sony Corporation, General Motors Corporation a L.M. Ericsson, což zdůraznilo význam průmyslových standardů pro zajištění a udržení obchodních vztahů. Výrobní zdatnost společnosti Texas Instruments se projevuje v jejích 15 výrobních závodech po celém světě, které spolehlivě dodávají vysoce kvalitní výrobky splňující potřeby zákazníků. Tato celosvětová působnost zajišťuje, že společnost může trvale dodržovat a často i překračovat průmyslové standardy, čímž podporuje růst a inovace. Kromě toho technologický pokrok společnosti Texas Instruments, jako například zavedení technologie eXpressDSP Real-time Software v roce 1999, dokládá její odhodlání vyvíjet produkty, které splňují vyvíjející se požadavky průmyslu. Schopnost společnosti inovovat při zachování přísných standardů kvality je základem jejího úspěchu a vedoucí pozice v oboru.

Zdroje

Společnost Texas Instruments (TI) nabízí řadu zdrojů, které uživatelům pomohou co nejlépe využít napěťové reference řady TL431.

Výběr produktů

Využijte nástroj PRT+ společnosti TI k určení ideálního produktu TL431 pro vaši konkrétní aplikaci s maximální efektivitou.

. Tento nástroj vám pomůže sladit vaše technické požadavky s vhodnou komponentou a zajistit optimální výkon a efektivitu nákladů.

Dokumentace

Podrobné technické informace poskytuje společnost TI v rozsáhlých datových listech, aplikačních poznámkách a bílých knihách.

. Tyto dokumenty obsahují důležité údaje, včetně specifikací, konfigurací vývodů, výkonnostních grafů a pokynů pro použití, které jsou neocenitelné pro účely návrhu i řešení problémů.

Zpráva o udržitelnosti

TI se zavázala k udržitelnosti a energetické účinnosti, jak je podrobně uvedeno v její výroční zprávě o udržitelnosti do roku 2023.

. Tato zpráva popisuje úsilí společnosti TI v oblasti životního prostředí, sociálních věcí a správy a řízení a odráží odhodlání společnosti pozitivně ovlivňovat své technologie a produkty.

Podpora prodeje

V případě dotazů na produkty a služby nebo v případě potřeby pomoci s návrhem je vám k dispozici tým podpory prodeje společnosti TI, který vám poskytne odborné rady a řešení.

. Spolupráce s prodejním týmem může pomoci řešit specifické aplikační problémy a poskytnout doporučení šitá na míru.

Kariérní příležitosti

TI nabízí příležitosti pro lidi, kteří chtějí změnit svou budoucnost tím, že se připojí k týmu zaměřenému na špičkové inteligentní technologie.

. Tím, že se stanou součástí TI, se zaměstnanci podílejí na tvorbě inovativních řešení, která posouvají průmysl kupředu.

Společenství a inovace

TI se daří díky inkluzivnímu prostředí, které podporuje inovace a respekt k různým pohledům.

. Kultura společnosti podporuje zvídavost a odhodlání, což jsou základní vlastnosti pro překonávání technických překážek a vývoj konkurenceschopných produktů. Pro další informace a přístup k těmto zdrojům mohou uživatelé navštívit oficiální webové stránky TI a procházet uvedené odkazy na příslušné nástroje a dokumenty.