Résumé

Les références de tension de la série TL431 de Texas Instruments sont réputées pour leur précision et leur polyvalence dans le domaine de la conception de circuits électroniques. Introduits en 1977, ces composants sont communément appelés régulateurs shunt réglables ou références de précision programmables. Ils sont très appréciés pour leur capacité à maintenir des tensions de sortie stables, ce qui est crucial dans des applications telles que la gestion de l'alimentation, les alimentations à découpage et les circuits de protection contre les surtensions

L'une des principales caractéristiques de la série TL431 est sa référence de tension interne à compensation de température, qui garantit des performances fiables sur une large plage de températures. Le TL431 fonctionne en conduisant le courant entre ses broches de cathode et d'anode lorsque la tension au niveau de la broche de référence dépasse 2,5 volts, ce qui indique aux puces de contrôle de l'alimentation de stabiliser la tension de sortie. Cette précision et cette adaptabilité font du TL431 un choix populaire pour les concepteurs qui cherchent à mettre en œuvre une régulation de tension efficace et stable dans leurs circuits. Au fil des ans, Texas Instruments a étendu la série TL431 pour inclure plusieurs variantes telles que les séries TL432, TL431LI et TL43xx. Chaque variante est conçue pour répondre à des critères de performance et à des conditions environnementales spécifiques, de l'électronique grand public aux applications industrielles. Ces dérivés offrent des variations de conditionnement, de plages de température et de niveaux de tolérance initiaux, offrant aux ingénieurs une gamme d'options adaptées à leurs besoins précis. Malgré leur utilisation et leur fiabilité généralisées, la série TL431 n'a pas été sans controverse. Texas Instruments a reconnu que ses tableaux de limites de stabilité initiaux étaient trop optimistes et a recommandé des objectifs de conception plus conservateurs pour garantir des performances robustes. Cela a donné lieu à des discussions au sein de la communauté des ingénieurs concernant la mise en œuvre optimale de ces références de tension pour obtenir la meilleure stabilité et fiabilité dans diverses applications.

Caractéristiques

Les références de tension de la série TL431 de Texas Instruments sont des références programmables de précision dotées de plusieurs spécifications et fonctionnalités remarquables. Ces appareils sont classés sous diverses descriptions telles que « régulateur shunt réglable », « référence de précision programmable », « référence de tension shunt programmable » et « Zener programmable » en raison de leur fonctionnalité unique

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Caractéristiques électriques

Le TL431 fonctionne simplement en conduisant le courant entre les broches de cathode et d'anode lorsque la tension sur l'entrée de la broche de référence dépasse 2,5 volts

. Cette conduction indique à la puce de contrôle de l'alimentation électrique de réduire la puissance, stabilisant ainsi la tension de sortie. Le fonctionnement interne de la puce comprend une référence de tension à bande interdite compensée en température, utilisant des transistors avec différentes zones d'émetteur pour équilibrer les effets de température.

Caractéristiques physiques

Le TL431 est doté d'une seule couche de métal qui relie ses composants internes, les dimensions physiques de la puce ayant un impact sur ses attributs fonctionnels. La puce est connectée via trois broches étiquetées « ref », « anode » et « cathode »

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Emballage et variantes

Texas Instruments propose le TL431 dans différentes options de conditionnement pour répondre aux différents besoins d'application. La fiche technique du TL431 fournit des caractéristiques électriques détaillées et des valeurs nominales maximales absolues, qui incluent les plages autorisées pour la tension d'alimentation, la tension d'entrée et la température de fonctionnement

La série TL431 comprend également des variantes telles que TL432, qui partage des caractéristiques de précision et de programmabilité similaires.

Exemples d'applications

Ces références de tension sont largement utilisées dans les applications de gestion de l'alimentation, où elles contribuent à maintenir des tensions de sortie stables. Leur précision et leur programmabilité les rendent adaptées à une utilisation dans les régulateurs shunt réglables, les alimentations à découpage et les circuits de protection contre les surtensions

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Opération

Le TL431 est un régulateur shunt réglable à trois bornes avec une stabilité thermique spécifiée sur les plages de températures applicables aux automobiles, aux commerces et aux militaires. Il fonctionne de manière similaire à une diode Zener mais avec l'avantage supplémentaire d'être programmable. Le brochage du TL431 est simple : la broche centrale est l'anode (A), la broche de gauche est la référence (R) et la broche de droite est la cathode (K)

En interne, le TL431 contient une source de tension de référence de précision, un comparateur et un transistor de sortie. Lorsque la tension à la broche de référence dépasse 2,5 V, le transistor de sortie s'active, permettant au courant de circuler entre les broches de cathode et d'anode. Ce comportement rend le TL431 utile dans une variété d'applications, notamment les régulateurs shunt, les limiteurs de courant de précision et comme composant dans les alimentations à découpage et les chargeurs de batterie. Un schéma-bloc simplifié révèle que le TL431 a une efficacité supérieure à celle d'une diode Zener standard, en raison de ses composants internes tels qu'un amplificateur opérationnel comparateur, une tension de référence et des transistors. Il fournit une tension de sortie programmable jusqu'à 40 V avec une tolérance de tension de référence garantie de 0,51 TP3T. Les autres caractéristiques comprennent une faible impédance de sortie dynamique, une plage de courant de cathode de 1 mA à 150 mA et un faible coefficient de température de 50 PPM/°C, garantissant un fonctionnement stable sur une large plage de températures. Dans les applications pratiques, le TL431 peut être configuré dans un circuit régulateur de tension shunt de base similaire à un régulateur à diode Zener, où la résistance (R) est connectée à la cathode (K). Cette configuration permet au TL431 de maintenir une tension de sortie stable, avec une faible tension de bruit de sortie et des temps de réponse de mise sous tension rapides. De plus, le TL431 est couramment utilisé dans les alimentations à découpage et autres appareils électroniques numériques en raison de sa polyvalence et de sa fiabilité. Pour des besoins de courant plus élevés, le TL431 peut être associé à un transistor de passage en série pour convertir un régulateur shunt en régulateur série, augmentant ainsi considérablement la capacité de courant. Cette adaptabilité et cette large gamme d'applications soulignent le rôle du TL431 dans la conception électronique moderne.

Variantes

Depuis son introduction en 1977 par Texas Instruments, la série TL431 a connu le développement de nombreuses variantes et dérivés, chacun étant conçu pour répondre à des critères de performance et à des exigences d'application spécifiques. Alors que le TL431 d'origine reste en production, ses dérivés tels que le TLV431, le TL432, l'ATL431, le KA431, le LM431 et le TS431 ont vu le jour pour répondre à différents besoins en matière de précision, de vitesse et de conditionnement.

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TL432

Le TL432 est essentiellement une variante électriquement équivalente du TL431, mais il est disponible uniquement en boîtiers à montage en surface, avec un brochage différent. Cette variante fournit la même tension de référence et les mêmes caractéristiques opérationnelles, ce qui permet une conception plus compacte adaptée aux configurations de circuits imprimés modernes

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TL431LI

Le TL431LI est un autre dérivé important proposé en deux grades avec des tolérances initiales de 0,5% et 1% à 25°C pour les grades B et A, respectivement. Cette variante est réputée pour sa faible dérive de sortie en fonction de la température, garantissant une excellente stabilité sur une large plage de températures, de –40°C à 125°C

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Série TL43xx

La série TL43xx, plus large, qui comprend les appareils TL43xxC, TL43xxI et TL43xxQ, se caractérise par différentes plages de températures de fonctionnement. Le TL43xxC est conçu pour une plage de températures de 0 °C à 70 °C, le TL43xxI pour une plage de températures de -40 °C à 85 °C et le TL43xxQ pour une plage de températures de -40 °C à 125 °C. Ces variantes s'adaptent à différentes conditions environnementales, ce qui les rend adaptées à une large gamme d'applications, de l'électronique grand public aux équipements industriels

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Clones et alternatives

En plus des variantes officielles de Texas Instruments, le marché est inondé de clones et de versions alternatives comme le 142ЕН19, qui sont fonctionnellement similaires mais peuvent différer en termes de taille de matrice, de disposition et de mesures de performances spécifiques telles que les courants de fonctionnement minimaux et les zones de fonctionnement sûres.

Chacune de ces variantes et clones offre un ensemble unique de fonctionnalités qui peuvent être exploitées pour optimiser les conceptions électroniques pour des applications spécifiques, qu'il s'agisse d'alimentations, de chargeurs de batterie ou de moniteurs de tension. En comprenant les nuances de chaque dérivé, les concepteurs peuvent sélectionner le composant le plus approprié pour atteindre l'équilibre souhaité entre précision, fiabilité et efficacité.

Conception de circuits

Les références de tension de la série TL431 de Texas Instruments sont des composants polyvalents souvent utilisés dans une variété de conceptions de circuits. Le circuit interne du TL431 comprend un transistor NPN à la sortie polarisée par un amplificateur opérationnel avec une référence de tension précise de 2,5 V

Cette tension de référence précise est fondamentale pour son utilisation dans de nombreuses applications telles que les circuits comparateurs de tension, les chargeurs et moniteurs de batterie, les applications solaires et les circuits d'alimentation à découpage.

Régulateur shunt

Le TL431 peut être configuré comme un régulateur shunt, capable de produire des tensions entre 2,5 V et 36 V en utilisant seulement deux résistances sur les broches spécifiées de l'appareil

. Le dispositif peut être utilisé comme un régulateur shunt typique comme indiqué dans le schéma fonctionnel. Dans cette configuration, R1 est une résistance variable qui ajuste la tension de sortie, et la résistance série à l'entrée positive de l'alimentation peut être calculée à l'aide de la loi d'Ohm : ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0.1} ), où ( V_i ) est l'entrée d'alimentation et doit être inférieure à 35 V.

Circuit de détection de tension

Une application simple du TL431 est un circuit détecteur de tension de 2,5 V. Cette configuration implique un diviseur de tension formé par les résistances R1 et VR1. Lorsque la tension à la borne de référence (REF) dépasse 2,5 V, le courant circule de la cathode (K) vers l'anode (A) du circuit intégré, de la même manière qu'une diode Zener fonctionne

Ce principe peut être utilisé pour déterminer si un circuit intégré extrait d'une ancienne carte de circuit imprimé est toujours fonctionnel, car la configuration de circuit la plus simple peut indiquer l'état de fonctionnement en fonction du comportement de la LED.

Source de tension de référence de précision

La tension de référence de précision de 2,5 V du TL431 est utilisée dans diverses applications de haute précision. Par exemple, il peut servir de régulateur série à courant élevé de précision ou de régulateur shunt à courant élevé. La tension de référence reste stable sur une large plage de températures grâce à sa conception à compensation de température, garantissant un fonctionnement fiable dans diverses conditions environnementales

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Alimentation à découpage

Dans les conceptions d'alimentation à découpage, le TL431 peut faire partie de la boucle de rétroaction pour réguler précisément la tension de sortie. Lorsque la tension d'entrée dépasse la limite de tension de rétroaction définie, elle déclenche le TL431, allumant le thyristor pour générer un courant pulsé qui peut faire sauter un fusible pour protéger le circuit

Ce mécanisme garantit que le point de protection de tension est égal à ( (1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} ), offrant ainsi une protection robuste contre les surtensions.

Shunt contrôlable

Le TL431 présente également des caractéristiques de shunt contrôlables, permettant à de petites variations de tension au niveau de la borne REF d'avoir un impact significatif sur les courants de cathode et d'anode. Cette fonctionnalité le rend utile pour contrôler les voyants lumineux, les relais ou pour piloter directement les charges audio

La fonctionnalité de shunt contrôlable étend la polyvalence du TL431 dans les applications nécessitant un contrôle précis du courant.

Comparaisons

Malgré sa popularité, la référence de tension de la série TL431 a plusieurs concurrents et différentes qualités qui peuvent répondre à des exigences spécifiques. Les modèles TL431, TL431AIDR et TL431BIDR partagent la même structure interne et les mêmes matériaux, mais diffèrent dans leurs spécifications et leurs qualités de test. Cette différenciation permet une variété d'applications en fonction des exigences de précision et de stabilité

Texas Instruments a admis que ses tableaux de limites de stabilité pour le TL431 sont trop optimistes, suggérant que les conceptions robustes devraient viser une marge de phase minimale de 30 degrés au lieu de la marge de phase nulle qu'ils ont décrite à l'origine. Cela est obtenu en introduisant une résistance série entre la cathode et la capacité de charge, ce qui annule le décalage de phase indésirable causé par la capacité de charge seule. De plus, le circuit de tension de référence de précision utilisant le TL431 offre une meilleure stabilité de température et un courant de sortie plus élevé par rapport aux autres références. Pour éviter l'auto-excitation dans les charges capacitives, une attention particulière à la valeur CL est nécessaire. Cela améliore les performances du TL431 dans diverses applications, notamment les alimentations isolées et les alimentations régulées réglables. De plus, le TL431 est loué pour sa mise en œuvre simple dans des circuits tels que la protection contre les surtensions, la surveillance de la tension et la détection de tension. Ces applications exploitent les caractéristiques internes du TL431, telles que son amplificateur d'erreur intégré et sa tension de référence stable, pour offrir des performances fiables et efficaces dans les circuits numériques et analogiques.

Fiabilité

La fiabilité est un aspect essentiel lors de la conception de circuits utilisant les références de tension de la série Texas Instruments TL431. Il est primordial de garantir la précision des calculs du calculateur TL431 en simulant et en testant le circuit dans des conditions réelles. La comparaison des résultats de simulation avec les résultats de tests réels permet de valider les performances du TL431 et la précision des valeurs calculées. Cette étape permet d'effectuer les ajustements nécessaires avant de finaliser la conception, en garantissant que la tension de sortie et les performances souhaitées sont atteintes

Texas Instruments reconnaît que ses tableaux de limites de stabilité pour le TL431 peuvent être trop optimistes. Pour des conceptions robustes, il est recommandé de viser une marge de phase d'au moins 30 degrés. Les applications pratiques impliquent souvent l'insertion d'une résistance série entre la cathode et la capacité de charge, ce qui augmente la résistance série équivalente (ESR) et supprime les oscillations indésirables. Cette méthode introduit un zéro basse fréquence, annulant une grande partie du décalage de phase indésirable causé par la seule capacité de charge. De plus, les performances du TL431 peuvent être évaluées en mesurant la stabilité de la tension de sortie à l'aide de circuits de test spécifiques. Le réglage de la tension d'alimentation et la surveillance des changements dans la sortie du TL431 permettent de déterminer sa fonctionnalité dans des conditions variables. Un réglage et des tests appropriés peuvent identifier si le TL431 maintient ses états de fonctionnement normaux, garantissant ainsi la fiabilité de la régulation de tension. La fiabilité du TL431 est encore soulignée par les différences de grades et de processus de test. Les questions relatives à la structure interne et à la cohérence des matériaux entre les différentes nuances, telles que TL431AIDR et TL431BIDR, soulignent l'importance de comprendre les limites de spécification et les processus de test. Cela permet de garantir que la nuance choisie répond aux exigences de fiabilité pour des applications spécifiques.

Normes de l'industrie

Texas Instruments s'est imposé comme un acteur clé dans le secteur des semi-conducteurs, en mettant l'accent sur le respect des normes industrielles pour garantir la fiabilité et la qualité de ses produits. L'entreprise conçoit, fabrique, teste et vend des semi-conducteurs analogiques et intégrés, destinés à divers marchés tels que l'industrie, l'automobile, l'électronique personnelle, les équipements de communication et les systèmes d'entreprise

Le respect des normes industrielles strictes est essentiel dans ces secteurs, où la performance et la fiabilité sont primordiales. En 1992, Texas Instruments a remporté le prestigieux Malcolm Baldrige National Quality Award pour la fabrication, ce qui a souligné son engagement envers les normes de qualité. Cette distinction a incité l'entreprise à adopter les critères Baldrige comme références de qualité, consolidant ainsi son engagement envers l'excellence industrielle. Cette focalisation sur la qualité a non seulement amélioré sa réputation, mais a également conduit à des contrats vitaux avec de grandes entreprises comme Sony Corporation, General Motors Corporation et LM Ericsson, soulignant l'importance des normes industrielles pour sécuriser et maintenir les relations commerciales. Les prouesses de fabrication de Texas Instruments sont démontrées par ses 15 sites de fabrication dans le monde, qui fournissent de manière fiable des produits de haute qualité pour répondre aux besoins des clients. Cette empreinte mondiale garantit que l'entreprise peut adhérer aux normes industrielles et souvent les dépasser de manière constante, soutenant ainsi la croissance et l'innovation. De plus, les avancées technologiques de Texas Instruments, telles que l'introduction de la technologie logicielle en temps réel eXpressDSP en 1999, témoignent de son engagement à développer des produits qui répondent aux exigences évolutives de l'industrie. La capacité de l’entreprise à innover tout en maintenant des normes de qualité rigoureuses a été la pierre angulaire de son succès et de son leadership dans l’industrie.

Ressources

Texas Instruments (TI) propose une gamme de ressources pour aider les utilisateurs à tirer le meilleur parti de leurs références de tension de la série TL431.

Sélection de produits

Utilisez l'outil PRT+ de TI pour identifier le produit TL431 idéal pour votre application spécifique avec une efficacité maximale

Cet outil vous aide à faire correspondre vos exigences techniques avec le composant approprié, garantissant ainsi des performances et une rentabilité optimales.

Documentation

Pour des informations techniques détaillées, TI fournit des fiches techniques complètes, des notes d'application et des livres blancs

Ces documents contiennent des données critiques, notamment des spécifications, des configurations de broches, des tableaux de performances et des directives d'application, qui sont inestimables à des fins de conception et de dépannage.

Rapport sur la durabilité

TI s'engage en faveur du développement durable et de l'efficacité énergétique, comme indiqué dans son rapport annuel sur le développement durable 2023

Ce rapport décrit les efforts de TI concernant les initiatives environnementales, sociales et de gouvernance, reflétant l'engagement de l'entreprise à avoir un impact positif grâce à sa technologie et ses produits.

Assistance aux ventes

Pour toute demande de renseignements sur les produits et services, ou pour obtenir de l'aide en matière de conception, l'équipe d'assistance commerciale de TI est disponible pour fournir des conseils et des solutions d'experts.

. L'engagement avec l'équipe de vente peut aider à relever des défis d'application spécifiques et à fournir des recommandations personnalisées.

Opportunités de carrière

TI offre des opportunités aux personnes qui cherchent à transformer leur avenir en rejoignant une équipe axée sur les technologies intelligentes de pointe

En rejoignant TI, les employés contribuent à façonner des solutions innovantes qui font avancer l’industrie.

Communauté et Innovation

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. La culture de l'entreprise favorise la curiosité et la détermination, des qualités essentielles pour surmonter les obstacles techniques et développer des produits compétitifs. Pour plus d'informations et accéder à ces ressources, les utilisateurs peuvent visiter le site Web officiel de TI et naviguer à travers les liens fournis vers les outils et documents respectifs.