Sammenfatning

Texas Instruments TL431-seriens spændingsreferencer er kendt for deres præcision og alsidighed inden for elektronisk kredsløbsdesign. Disse komponenter blev introduceret i 1977 og kaldes almindeligvis justerbare shuntregulatorer eller programmerbare præcisionsreferencer. De er højt anset for deres evne til at opretholde stabile udgangsspændinger, hvilket er afgørende i applikationer som power management, switching power supplies og overspændingsbeskyttelseskredsløb.

. En af de primære funktioner i TL431-serien er dens interne temperaturkompenserede bandgap-spændingsreference, som sikrer pålidelig ydelse over et bredt temperaturområde. TL431 fungerer ved at lede strøm mellem katode- og anodestifterne, når spændingen på referencestifterne overstiger 2,5 volt, hvilket signalerer til strømforsyningens kontrolchips, at de skal stabilisere udgangsspændingen. Denne præcision og tilpasningsevne gør TL431 til et populært valg for designere, der ønsker at implementere effektiv og stabil spændingsregulering i deres kredsløb. I årenes løb har Texas Instruments udvidet TL431-serien til at omfatte flere varianter som TL432, TL431LI og den bredere TL43xx-serie. Hver variant er skræddersyet til at opfylde specifikke præstationskriterier og miljøforhold, fra forbrugerelektronik til industrielle applikationer. Disse derivater tilbyder variationer i indpakning, temperaturområder og indledende toleranceniveauer, hvilket giver ingeniører en række muligheder, der passer til deres præcise behov. På trods af deres udbredte brug og pålidelighed har TL431-serien ikke været uden kontroverser. Texas Instruments har erkendt, at deres oprindelige grænseværdier for stabilitet var alt for optimistiske, og anbefaler mere konservative designmål for at sikre en robust ydeevne. Det har ført til diskussioner inden for ingeniørfællesskabet om den optimale implementering af disse spændingsreferencer for at opnå den bedste stabilitet og pålidelighed i forskellige applikationer.

Specifikationer

Texas Instruments TL431-serien af spændingsreferencer er programmerbare præcisionsreferencer med flere bemærkelsesværdige specifikationer og funktioner. Disse enheder er kategoriseret under forskellige beskrivelser som "justerbar shuntregulator", "programmerbar præcisionsreference", "programmerbar shuntspændingsreference" og "programmerbar zener" på grund af deres unikke funktionalitet

.

Elektriske egenskaber

TL431 fungerer ved at lede strøm mellem katoden og anoden, når spændingen på ref-pin-indgangen overstiger 2,5 volt.

. Denne ledning signalerer til strømforsyningens kontrolchip, at den skal reducere strømmen og dermed stabilisere udgangsspændingen. Chippens interne drift omfatter en temperaturkompenseret båndspændingsreference, der bruger transistorer med forskellige emitterområder til at afbalancere temperatureffekter.

Fysiske kendetegn

TL431 har et enkelt lag metal, der forbinder de interne komponenter, og de fysiske dimensioner af chippen påvirker dens funktionelle egenskaber. Chippen er forbundet via tre stifter mærket "ref", "anode" og "katode"

.

Emballage og varianter

Texas Instruments tilbyder TL431 i forskellige indpakningsmuligheder for at imødekomme forskellige applikationsbehov. TL431-databladet indeholder detaljerede elektriske egenskaber og absolutte maksimumværdier, som omfatter de tilladte områder for forsyningsspænding, indgangsspænding og driftstemperatur.

. TL431-serien omfatter også varianter som TL432, der har samme præcision og programmerbarhed.

Eksempler på applikationer

Disse spændingsreferencer bruges i vid udstrækning i strømstyringsapplikationer, hvor de hjælper med at opretholde stabile udgangsspændinger. Deres præcision og programmerbarhed gør dem velegnede til brug i justerbare shuntregulatorer, switching-strømforsyninger og overspændingsbeskyttelseskredsløb.

.

Betjening

TL431 er en justerbar shunt-regulator med tre terminaler og en specificeret termisk stabilitet over gældende temperaturområder i bilindustrien, erhvervslivet og militæret. Den fungerer på samme måde som en Zener-diode, men har den ekstra fordel, at den er programmerbar. Pinoutet for TL431 er ligetil: den midterste pin er anoden (A), den venstre pin er referencen (R), og den højre pin er katoden (K).

. Internt indeholder TL431 en præcisionsreferencespændingskilde, en komparator og en udgangstransistor. Når spændingen ved referencestiften overstiger 2,5 V, tændes udgangstransistoren, så der kan løbe strøm mellem katode- og anodestiften . Denne opførsel gør TL431 nyttig i en række forskellige applikationer, herunder shuntregulatorer, præcisionsstrømbegrænsere og som en komponent i switching-strømforsyninger og batteriopladere. Et forenklet blokdiagram viser, at TL431 har højere effektivitet end en standard Zener-diode på grund af dens interne komponenter som en komparator Op-amp, referencespænding og transistorer . Den giver en programmerbar udgangsspænding på op til 40 V med en garanteret referencespændingstolerance på 0,5%. Andre funktioner omfatter lav dynamisk udgangsimpedans, et katodestrømområde fra 1mA til 150mA og en lav temperaturkoefficient på 50PPM/°C, hvilket sikrer stabil drift over et bredt temperaturområde. I praktiske anvendelser kan TL431 konfigureres i et grundlæggende shunt-spændingsregulatorkredsløb svarende til en Zener-dioderegulator, hvor modstanden (R) er forbundet til katoden (K). Denne opsætning gør det muligt for TL431 at opretholde en stabil udgangsspænding med lav udgangsstøjspænding og hurtige turn-on-responstider. Desuden findes TL431 ofte i switching-strømforsyninger og anden digital elektronik på grund af sin alsidighed og pålidelighed. Ved højere strømkrav kan TL431 parres med en seriepasstransistor for at konvertere en shuntregulator til en serieregulator og derved øge strømkapaciteten betydeligt. Denne tilpasningsevne og brede vifte af applikationer fremhæver TL431's rolle i moderne elektronisk design.

Varianter

Siden Texas Instruments introducerede TL431-serien i 1977, er der blevet udviklet adskillige varianter og derivater, som hver især er skræddersyet til at opfylde specifikke kriterier for ydeevne og anvendelseskrav. Mens den oprindelige TL431 stadig er i produktion, er dens derivater som TLV431, TL432, ATL431, KA431, LM431 og TS431 opstået for at imødekomme forskellige behov for præcision, hastighed og indpakning.

.

TL432

TL432 er i bund og grund en elektrisk tilsvarende variant af TL431, men fås kun i overflademonterede pakker og har en anden pinout. Denne variant giver samme referencespænding og driftsegenskaber, hvilket giver mulighed for et mere kompakt design, der passer til moderne PCB-layouts.

.

TL431LI

TL431LI er et andet vigtigt derivat, der tilbydes i to kvaliteter med indledende tolerancer på 0,5% og 1% ved 25 °C for henholdsvis B- og A-kvaliteterne. Denne variant er kendt for sin lave outputdrift i forhold til temperaturen, hvilket sikrer fremragende stabilitet over et bredt temperaturområde fra -40 °C til 125 °C.

.

TL43xx-serien

Den bredere TL43xx-serie, herunder TL43xxC, TL43xxI og TL43xxQ-enheder, er karakteriseret for forskellige driftstemperaturområder. TL43xxC er designet til 0 °C til 70 °C, TL43xxI til -40 °C til 85 °C og TL43xxQ til -40 °C til 125 °C. Disse varianter imødekommer forskellige miljøforhold, hvilket gør dem velegnede til en bred vifte af applikationer fra forbrugerelektronik til industrielt udstyr.

.

Kloner og alternativer

Ud over de officielle varianter fra Texas Instruments er markedet oversvømmet med kloner og alternative versioner som 142ЕН19, som er funktionelt ens, men kan variere i die-størrelse, layout og specifikke præstationsmålinger såsom minimale driftsstrømme og sikre driftsområder.

. Hver af disse varianter og kloner tilbyder et unikt sæt funktioner, der kan udnyttes til at optimere elektroniske designs til specifikke anvendelser, uanset om det er i strømforsyninger, batteriopladere eller spændingsmonitorer. Ved at forstå nuancerne i hvert derivat kan designere vælge den mest hensigtsmæssige komponent for at opnå den ønskede balance mellem præcision, pålidelighed og effektivitet.

Kredsløbsdesign

Texas Instruments TL431-seriens spændingsreferencer er alsidige komponenter, der ofte bruges i en række forskellige kredsløbsdesigns. Det interne kredsløb i TL431 omfatter en NPN-transistor ved udgangen, der er forspændt fra en op-amp med en præcis 2,5 V spændingsreference.

. Denne præcise referencespænding er grundlæggende for dens anvendelse i mange applikationer som f.eks. spændingskomparatorkredsløb, batteriopladere og -monitorer, solcelleapplikationer og switching supply-kredsløb.

Shunt-regulator

TL431 kan konfigureres som en shunt-regulator, der er i stand til at udsende spændinger mellem 2,5 V og 36 V ved kun at bruge to modstande på tværs af de specificerede pinouts på enheden.

. Enheden kan bruges som en typisk shunt-regulator som vist i blokdiagrammet. I denne konfiguration er R1 en variabel modstand, der justerer udgangsspændingen, og seriemodstanden ved forsyningens positive indgang kan beregnes ved hjælp af Ohms lov: ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0,1} ), hvor ( V_i ) er forsyningsindgangen og skal være under 35V.

Spændingsdetektor-kredsløb

En simpel anvendelse af TL431 er i et 2,5 V spændingsdetektorkredsløb. Denne opsætning involverer en spændingsdeler dannet af modstandene R1 og VR1. Når spændingen ved referenceterminalen (REF) overstiger 2,5 V, flyder strømmen fra katoden (K) til anoden (A) på IC'en, på samme måde som en Zener-diode fungerer.

. Dette princip kan bruges til at afgøre, om en IC, der er trukket ud af et gammelt printkort, stadig er funktionsdygtig, da den simpleste kredsløbsopsætning kan indikere driftsstatus baseret på LED'ens opførsel.

Præcisionsreferencespændingskilde

TL431's præcisionsreferencespænding på 2,5 V bruges i forskellige applikationer med høj præcision. Den kan f.eks. fungere som en præcisionshøjstrømsserieregulator eller en højstrømsshuntregulator. Referencespændingen forbliver stabil over et bredt temperaturområde på grund af dens temperaturkompenserede design, hvilket sikrer pålidelig drift under forskellige miljøforhold.

.

Skiftende strømforsyning

I switching-strømforsyningsdesigns kan TL431 være en del af feedback-loopet for at regulere udgangsspændingen præcist. Når indgangsspændingen passerer den indstillede feedback-spændingsgrænse, udløser det TL431 og tænder for tyristoren for at generere en pulserende strøm, der kan sprænge en sikring for at beskytte kredsløbet.

. Denne mekanisme sikrer, at spændingsbeskyttelsespunktet er lig med ((1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} ), hvilket giver en robust overspændingsbeskyttelse.

Kontrollerbar shunt

TL431 har også kontrollerbare shunt-egenskaber, så små spændingsændringer ved REF-terminalen kan påvirke katode- og anodestrømmene betydeligt. Denne funktion gør den nyttig til styring af indikatorlamper, relæer eller direkte styring af lydbelastninger.

. Den kontrollerbare shuntfunktion udvider TL431's alsidighed i applikationer, der kræver præcis strømstyring.

Sammenligninger

På trods af sin popularitet har TL431-seriens spændingsreference flere konkurrenter og forskellige kvaliteter, der kan imødekomme specifikke krav. TL431, TL431AIDR og TL431BIDR har samme interne struktur og materialer, men adskiller sig i deres specifikationer og testkvaliteter. Denne differentiering giver mulighed for en række forskellige anvendelser afhængigt af krav til præcision og stabilitet

. Texas Instruments har indrømmet, at deres diagrammer over stabilitetsgrænser for TL431 er alt for optimistiske, og foreslår, at robuste designs skal sigte mod en fasemargin på mindst 30 grader i stedet for den nul-fasemargin, de oprindeligt beskrev. Dette opnås ved at indføre en seriemodstand mellem katoden og belastningskapacitansen, som udligner uønsket faseforsinkelse forårsaget af belastningskapacitansen alene. Desuden giver præcisionsreferencespændingskredsløbet, der bruger TL431, bedre temperaturstabilitet og højere udgangsstrøm sammenlignet med andre referencer. For at forhindre selv-excitation i kapacitive belastninger er det nødvendigt at overveje CL-værdien nøje. Dette forbedrer TL431's ydeevne i forskellige applikationer, herunder isolerede strømforsyninger og justerbare regulerede strømforsyninger. Derudover roses TL431 for sin enkle implementering i kredsløb som overspændingsbeskyttelse, spændingsovervågning og spændingsdetektering. Disse applikationer udnytter TL431's interne egenskaber, såsom dens indbyggede fejlforstærker og stabile referencespænding, til at levere pålidelig og effektiv ydeevne i både digitale og analoge kredsløb.

Pålidelighed

Pålidelighed er et kritisk aspekt, når man designer kredsløb, der bruger Texas Instruments TL431-seriens spændingsreferencer. Det er altafgørende at sikre nøjagtigheden af TL431-beregnerens beregninger ved at simulere og teste kredsløbet under virkelige forhold. Sammenligning af simuleringsresultaterne med de faktiske testresultater giver mulighed for validering af TL431's ydeevne og nøjagtigheden af de beregnede værdier. Dette trin hjælper med at foretage de nødvendige justeringer, før designet færdiggøres, og sikrer, at den ønskede udgangsspænding og ydeevne opnås.

. Texas Instruments erkender, at deres diagrammer over stabilitetsgrænser for TL431 kan være alt for optimistiske. For robuste designs anbefales det at sigte mod en fasemargin på mindst 30 grader. Praktiske anvendelser involverer ofte indsættelse af en seriemodstand mellem katoden og belastningskapacitansen, hvilket øger den ækvivalente seriemodstand (ESR) og undertrykker uønskede svingninger. Denne metode indfører et lavfrekvent nulpunkt, som ophæver meget af den uønskede faseforskydning, der forårsages af belastningskapacitansen alene. Desuden kan TL431's ydeevne evalueres ved at måle udgangsspændingens stabilitet ved hjælp af specifikke testkredsløb. Justering af strømforsyningsspændingen og overvågning af ændringer i TL431's output hjælper med at bestemme dens funktionalitet under varierende forhold. Korrekt justering og testning kan identificere, om TL431 opretholder sine normale driftstilstande, hvilket sikrer pålidelig spændingsregulering. TL431's pålidelighed understreges yderligere af forskellene i kvaliteter og testprocesser. Spørgsmål om den interne struktur og materialekonsistens på tværs af forskellige kvaliteter, såsom TL431AIDR og TL431BIDR, fremhæver vigtigheden af at forstå specifikationsgrænser og testprocesser. Det sikrer, at den valgte kvalitet opfylder pålidelighedskravene til specifikke anvendelser.

Industriens standarder

Texas Instruments har etableret sig som en vigtig aktør i halvlederindustrien med et stærkt fokus på at overholde industristandarder for at sikre produkternes pålidelighed og kvalitet. Virksomheden designer, fremstiller, tester og sælger analoge og indlejrede halvledere, der henvender sig til forskellige markeder som industri, bilindustri, personlig elektronik, kommunikationsudstyr og virksomhedssystemer.

. Overholdelse af strenge industristandarder er afgørende i disse sektorer, hvor ydeevne og pålidelighed er altafgørende. I 1992 vandt Texas Instruments den prestigefyldte Malcolm Baldrige National Quality Award for produktion, hvilket understregede virksomhedens engagement i kvalitetsstandarder. Udmærkelsen fik virksomheden til at indføre Baldrige-kriterierne som sine kvalitetsbenchmarks, hvilket yderligere cementerede dens engagement i branchens ekspertise. Dette fokus på kvalitet forbedrede ikke kun deres omdømme, men førte også til vigtige kontrakter med store virksomheder som Sony Corporation, General Motors Corporation og L.M. Ericsson, hvilket understregede vigtigheden af industristandarder for at sikre og opretholde forretningsforbindelser. Texas Instruments' produktionsevner demonstreres gennem virksomhedens 15 produktionssteder verden over, som pålideligt leverer produkter af høj kvalitet, der opfylder kundernes behov. Dette globale fodaftryk sikrer, at virksomheden kan overholde og ofte overgå industristandarder på et konsekvent grundlag og dermed understøtte vækst og innovation. Derudover viser Texas Instruments' teknologiske fremskridt, som f.eks. introduktionen af eXpressDSP Real-time Software-teknologien i 1999, deres engagement i at udvikle produkter, der lever op til branchens skiftende krav. Virksomhedens evne til at innovere og samtidig opretholde strenge kvalitetsstandarder har været en hjørnesten i dens succes og lederskab i branchen.

Ressourcer

Texas Instruments (TI) tilbyder en række ressourcer til at hjælpe brugerne med at få mest muligt ud af deres spændingsreferencer i TL431-serien.

Valg af produkt

Brug TI's PRT+-værktøj til at identificere det ideelle TL431-produkt til din specifikke applikation med maksimal effektivitet.

. Dette værktøj hjælper med at matche dine tekniske krav med den rette komponent, hvilket sikrer optimal ydeevne og omkostningseffektivitet.

Dokumentation

For detaljeret teknisk information tilbyder TI omfattende datablade, applikationsnoter og hvidbøger.

. Disse dokumenter indeholder vigtige data, herunder specifikationer, pin-konfigurationer, ydelsesdiagrammer og retningslinjer for anvendelse, som er uvurderlige til både design og fejlfinding.

Rapport om bæredygtighed

TI er engageret i bæredygtighed og energieffektivitet, som beskrevet i deres årlige bæredygtighedsrapport 2023.

. Denne rapport beskriver TI's indsats inden for miljømæssige, sociale og ledelsesmæssige initiativer, hvilket afspejler virksomhedens engagement i at gøre en positiv forskel med sin teknologi og sine produkter.

Salgsstøtte

For forespørgsler om produkter og tjenester eller for hjælp til design står TI's salgssupportteam til rådighed med ekspertrådgivning og løsninger.

. Samarbejde med salgsteamet kan hjælpe med at løse specifikke applikationsudfordringer og give skræddersyede anbefalinger.

Karrieremuligheder

TI tilbyder muligheder for personer, der ønsker at ændre deres fremtid ved at blive en del af et team, der fokuserer på banebrydende intelligente teknologier.

. Ved at blive en del af TI bidrager medarbejderne til at skabe innovative løsninger, der driver branchen fremad.

Fællesskab og innovation

TI trives ved at fremme et inkluderende miljø, der tilskynder til innovation og respekt for forskellige perspektiver.

. Virksomhedens kultur fremmer nysgerrighed og beslutsomhed, som er vigtige egenskaber for at overvinde tekniske barrierer og udvikle konkurrencedygtige produkter. For yderligere information og adgang til disse ressourcer kan brugerne besøge TI's officielle hjemmeside og navigere gennem de angivne links til de respektive værktøjer og dokumenter.