텍사스 인스트루먼트 TL431 계열 전압 레퍼런스

발췌

텍사스 인스트루먼트 TL431 시리즈 전압 레퍼런스는 전자 회로 설계 영역에서 정밀도와 다용도로 잘 알려져 있습니다.

요약

텍사스 인스트루먼트 TL431 시리즈 전압 레퍼런스는 전자 회로 설계 영역에서 정밀도와 다용도로 잘 알려져 있습니다. 1977년에 출시된 이 구성 요소는 일반적으로 조정 가능한 션트 레귤레이터 또는 프로그래밍 가능 정밀 레퍼런스라고 불립니다. 전원 관리, 스위칭 전원 공급 장치 및 과전압 보호 회로와 같은 애플리케이션에서 매우 중요한 안정적인 출력 전압을 유지하는 기능으로 높은 평가를 받고 있습니다.

. TL431 시리즈의 주요 특징 중 하나는 광범위한 온도 범위에서 안정적인 성능을 보장하는 내부 온도 보정 밴드갭 전압 레퍼런스입니다. TL431은 레퍼런스 핀의 전압이 2.5V를 초과하면 음극과 양극 핀 사이에 전류를 전도하여 전원 공급 장치 제어 칩에 신호를 보내 출력 전압을 안정화시키는 방식으로 작동합니다. 이러한 정밀도와 적응성 덕분에 TL431은 회로에서 효율적이고 안정적인 전압 레귤레이션을 구현하려는 설계자에게 인기 있는 선택입니다. 텍사스 인스트루먼트는 수년에 걸쳐 TL431 시리즈를 확장하여 TL432, TL431LI 및 더 광범위한 TL43xx 시리즈와 같은 여러 변형을 포함하도록 했습니다. 각 변형은 소비자 가전부터 산업용 애플리케이션에 이르기까지 특정 성능 기준과 환경 조건을 충족하도록 맞춤화되었습니다. 이러한 파생 제품은 다양한 패키징, 온도 범위, 초기 허용 오차 수준을 제공하여 엔지니어가 정확한 요구 사항에 맞는 다양한 옵션을 제공합니다. TL431 시리즈는 광범위한 사용과 신뢰성에도 불구하고 논란의 여지가 없는 것은 아닙니다. 텍사스 인스트루먼트는 초기 안정성 경계 차트가 지나치게 낙관적이었다는 점을 인정하고 강력한 성능을 보장하기 위해 보다 보수적인 설계 목표를 권장했습니다. 이로 인해 엔지니어링 커뮤니티 내에서 다양한 애플리케이션에서 최고의 안정성과 신뢰성을 달성하기 위해 이러한 전압 레퍼런스를 최적으로 구현하는 방법에 대한 논의가 이어졌습니다.

명세서

텍사스 인스트루먼트의 TL431 계열 전압 레퍼런스는 몇 가지 주목할 만한 사양과 기능을 갖춘 정밀 프로그래밍 가능 레퍼런스입니다. 이러한 장치는 고유한 기능으로 인해 '조정 가능한 션트 레귤레이터', '프로그래밍 가능 정밀 레퍼런스', '프로그래밍 가능 션트 전압 레퍼런스', '프로그래밍 가능 제너' 등 다양한 설명으로 분류됩니다.

전기적 특성

TL431은 레퍼런스 핀 입력의 전압이 2.5V를 초과하면 음극과 양극 핀 사이에 전류를 전도하여 간단하게 작동합니다.

. 이 전도는 전원 공급 장치 제어 칩에 전력을 줄이도록 신호를 보내 출력 전압을 안정화합니다. 칩의 내부 작동에는 온도 보정 밴드갭 전압 레퍼런스가 포함되어 있으며, 온도 효과의 균형을 맞추기 위해 이미터 영역이 다른 트랜지스터를 활용합니다.

물리적 특성

TL431은 내부 구성 요소를 연결하는 단일 금속 층으로 이루어져 있으며, 다이의 물리적 치수가 기능적 특성에 영향을 미칩니다. 칩은 'ref', '양극', '음극'이라고 표시된 3개의 핀을 통해 연결됩니다.

패키징 및 이형 상품

텍사스 인스트루먼트는 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있도록 다양한 패키징 옵션으로 TL431을 제공합니다. TL431 데이터시트에는 공급 전압, 입력 전압 및 작동 온도에 대한 허용 범위를 비롯한 자세한 전기적 특성과 절대 최대 정격이 나와 있습니다.

. TL431 시리즈에는 유사한 정밀도 및 프로그래밍 기능을 공유하는 TL432와 같은 변형 제품도 있습니다.

애플리케이션 예시

이러한 전압 레퍼런스는 안정적인 출력 전압을 유지하는 데 도움이 되는 전원 관리 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 정밀도와 프로그래밍 기능 덕분에 조정 가능한 션트 레귤레이터, 스위칭 전원 공급 장치 및 과전압 보호 회로에 사용하기에 적합합니다.

운영

TL431은 자동차, 상업용 및 군사용 온도 범위에서 지정된 열 안정성을 갖춘 3단자 조정 가능 션트 레귤레이터입니다. 이 제품은 제너 다이오드와 유사한 방식으로 작동하지만 프로그래밍이 가능하다는 추가적인 이점이 있습니다. TL431의 핀아웃은 중앙 핀은 양극(A), 왼쪽 핀은 레퍼런스(R), 오른쪽 핀은 음극(K)으로 간단합니다.

. 내부적으로 TL431에는 정밀 레퍼런스 전압 소스, 비교기 및 출력 트랜지스터가 포함되어 있습니다. 레퍼런스 핀의 전압이 2.5V를 초과하면 출력 트랜지스터가 켜져 음극과 양극 핀 사이에 전류가 흐르게 됩니다. 이러한 동작 덕분에 TL431은 션트 레귤레이터, 정밀 전류 제한기, 스위칭 전원 공급 장치 및 배터리 충전기의 부품 등 다양한 애플리케이션에서 유용하게 사용할 수 있습니다. 단순화된 블록 다이어그램을 보면 TL431은 비교기 연산 증폭기, 레퍼런스 전압 및 트랜지스터와 같은 내부 부품으로 인해 표준 제너 다이오드보다 효율이 높다는 것을 알 수 있습니다. 이 제품은 0.5% 기준 전압 오차가 보장되는 최대 40V의 프로그래밍 가능한 출력 전압을 제공합니다. 다른 기능으로는 낮은 동적 출력 임피던스, 1mA ~ 150mA의 음극 전류 범위, 50PPM/°C의 낮은 온도 계수 등이 있어 넓은 온도 범위에서 안정적인 작동을 보장합니다. 실제 애플리케이션에서 TL431은 저항(R)이 음극(K)에 연결된 제너 다이오드 레귤레이터와 유사한 기본 션트 전압 레귤레이터 회로로 구성할 수 있습니다. 이 설정을 통해 TL431은 낮은 출력 노이즈 전압과 빠른 턴온 응답 시간으로 안정적인 출력 전압을 유지할 수 있습니다. 또한 TL431은 다용도성과 신뢰성으로 인해 스위칭 전원 공급 장치 및 기타 디지털 전자 장치에서 흔히 볼 수 있습니다. 더 높은 전류 요구 사항의 경우 TL431을 직렬 통과 트랜지스터와 페어링하여 션트 레귤레이터를 직렬 레귤레이터로 변환하여 전류 용량을 크게 늘릴 수 있습니다. 이러한 적응성과 광범위한 애플리케이션은 최신 전자 설계에서 TL431의 역할을 강조합니다.

변형

텍사스 인스트루먼트에서 1977년 출시한 이래로 TL431 시리즈는 특정 성능 기준과 애플리케이션 요구 사항을 충족하도록 맞춤화된 수많은 변형 및 파생 제품이 개발되었습니다. 오리지널 TL431은 여전히 생산되고 있지만, 정밀도, 속도 및 패키징에 대한 다양한 요구를 해결하기 위해 TLV431, TL432, ATL431, KA431, LM431 및 TS431과 같은 파생 제품이 등장했습니다.

TL432

TL432는 기본적으로 TL431과 전기적으로 동일한 변형이지만 표면 실장 패키지로만 제공되며 핀아웃이 다릅니다. 이 변형은 동일한 레퍼런스 전압 및 작동 특성을 제공하므로 최신 PCB 레이아웃에 적합한 보다 컴팩트한 설계가 가능합니다.

TL431LI

TL431LI는 두 가지 등급으로 제공되는 또 다른 중요한 파생 제품으로, 초기 허용 오차가 25°C에서 각각 0.5% 및 1%인 B 등급과 A 등급으로 제공됩니다. 이 변형은 온도 대비 출력 드리프트가 낮아 -40°C ~ 125°C의 넓은 온도 범위에서 뛰어난 안정성을 보장하는 것이 특징입니다.

TL43xx 시리즈

TL43xxC, TL43xxI, TL43xxQ 디바이스를 포함한 광범위한 TL43xx 시리즈는 다양한 작동 온도 범위가 특징입니다. TL43xxC는 0°C~70°C, TL43xxI는 -40°C~85°C, TL43xxQ는 -40°C~125°C에서 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 변형은 다양한 환경 조건을 충족하므로 소비자 가전부터 산업용 장비에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 적합합니다.

클론 및 대안

텍사스 인스트루먼트의 공식 변형 제품 외에도 시장에는 기능적으로 유사하지만 다이 크기, 레이아웃, 최소 작동 전류 및 안전 작동 영역과 같은 특정 성능 지표가 다를 수 있는 142ЕН19와 같은 클론 및 대체 버전이 넘쳐나고 있습니다.

. 이러한 각 변형 및 클론은 전원 공급 장치, 배터리 충전기 또는 전압 모니터 등 특정 애플리케이션에 맞게 전자 설계를 최적화하는 데 활용할 수 있는 고유한 기능 세트를 제공합니다. 설계자는 각 파생 제품의 뉘앙스를 이해함으로써 가장 적합한 부품을 선택하여 원하는 정밀도, 신뢰성, 효율성의 균형을 달성할 수 있습니다.

회로 설계

텍사스 인스트루먼트 TL431 계열 전압 레퍼런스는 다양한 회로 설계에 자주 사용되는 다목적 부품입니다. TL431의 내부 회로에는 정밀한 2.5V 전압 레퍼런스를 갖춘 연산 증폭기에서 바이어스된 출력의 NPN 트랜지스터가 포함되어 있습니다.

. 이 정밀한 기준 전압은 전압 비교기 회로, 배터리 충전기 및 모니터, 태양광 애플리케이션, 스위칭 공급 회로와 같은 많은 애플리케이션에서 사용하는 데 기본이 됩니다.

션트 레귤레이터

TL431은 션트 레귤레이터로 구성할 수 있으며, 디바이스의 지정된 핀아웃에 두 개의 저항만 사용하여 2.5V ~ 36V 사이의 전압을 출력할 수 있습니다.

. 이 장치는 블록 다이어그램에 표시된 대로 일반적인 션트 레귤레이터로 사용할 수 있습니다. 이 구성에서 R1은 출력 전압을 조정하는 가변 저항이며, 공급 양극 입력의 직렬 저항은 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다: ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0.1} ), 여기서 ( V_i )는 공급 입력이며 35V 미만이어야 합니다.

전압 감지기 회로

TL431의 간단한 응용 분야는 2.5V 전압 검출기 회로입니다. 이 설정에는 저항 R1 및 VR1로 구성된 전압 분배기가 포함됩니다. 레퍼런스(REF) 단자의 전압이 2.5V를 초과하면 제너 다이오드가 작동하는 방식과 유사하게 전류가 IC의 음극(K)에서 양극(A)으로 흐릅니다.

. 이 원리는 가장 간단한 회로 설정으로 LED 동작을 기반으로 작동 상태를 나타낼 수 있으므로 오래된 회로 기판에서 뽑아낸 IC가 여전히 작동하는지 여부를 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

정밀 기준 전압 소스

TL431의 정밀 레퍼런스 전압 2.5V는 다양한 고정밀 애플리케이션에 활용됩니다. 예를 들어 정밀 고전류 직렬 레귤레이터 또는 고전류 션트 레귤레이터로 작동할 수 있습니다. 온도 보상 설계로 인해 넓은 온도 범위에서 기준 전압이 안정적으로 유지되므로 다양한 환경 조건에서 안정적인 작동을 보장합니다.

전원 공급 장치 전환

스위칭 전원 공급 장치 설계에서 TL431은 피드백 루프의 일부로 사용되어 출력 전압을 정밀하게 조정할 수 있습니다. 입력 전압이 설정된 피드백 전압 제한을 초과하면 TL431이 트리거되어 사이리스터를 켜고 맥동 전류를 생성하여 퓨즈를 끊어 회로를 보호할 수 있습니다.

. 이 메커니즘은 전압 보호 지점이 ((1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} )와 같도록 보장하여 강력한 과전압 보호 기능을 제공합니다.

제어 가능한 션트

또한 TL431은 제어 가능한 션트 특성을 갖추고 있어 REF 단자의 작은 전압 변화가 음극 및 양극 전류에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이 기능은 표시등, 릴레이를 제어하거나 오디오 부하를 직접 구동하는 데 유용합니다.

. 제어 가능한 션트 기능은 정밀한 전류 제어가 필요한 애플리케이션에서 TL431의 활용성을 확장합니다.

비교

인기에도 불구하고 TL431 시리즈 전압 레퍼런스에는 특정 요구 사항을 충족할 수 있는 여러 경쟁 제품과 다양한 등급이 있습니다. TL431, TL431AIDR, TL431BIDR은 내부 구조와 재료는 동일하지만 사양과 테스트 등급이 다릅니다. 이러한 차별화 덕분에 정밀도와 안정성 요구 사항에 따라 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

. 텍사스 인스트루먼트는 TL431에 대한 안정성 경계 차트가 지나치게 낙관적이라는 점을 인정하고, 견고한 설계는 원래 설명했던 제로 위상 마진 대신 최소 30도의 위상 마진을 목표로 해야 한다고 제안했습니다. 이는 음극과 부하 커패시턴스 사이에 직렬 저항을 도입하여 부하 커패시턴스만으로 발생하는 원치 않는 위상 지연을 상쇄함으로써 달성할 수 있습니다. 또한 TL431을 활용한 정밀 레퍼런스 전압 회로는 다른 레퍼런스에 비해 더 나은 온도 안정성과 더 높은 출력 전류를 제공합니다. 정전 용량 부하에서 자체 여기를 방지하려면 CL 값을 신중하게 고려해야 합니다. 이는 절연 전원 공급 장치 및 조정 가능한 레귤레이션 전원 공급 장치를 포함한 다양한 애플리케이션에서 TL431의 성능을 향상시킵니다. 또한 TL431은 과전압 보호, 전압 모니터링 및 전압 감지와 같은 회로에서 간단하게 구현할 수 있다는 점에서 호평을 받고 있습니다. 이러한 애플리케이션은 온보드 오류 증폭기 및 안정적인 레퍼런스 전압과 같은 TL431의 내부 특성을 활용하여 디지털 및 아날로그 회로 모두에서 안정적이고 효율적인 성능을 제공합니다.

신뢰할 수 있음

텍사스 인스트루먼트 TL431 시리즈 전압 레퍼런스를 사용하여 회로를 설계할 때 신뢰성은 매우 중요한 요소입니다. 실제 조건에서 회로를 시뮬레이션하고 테스트하여 TL431 계산기의 계산 정확도를 보장하는 것이 가장 중요합니다. 시뮬레이션 결과를 실제 테스트 결과와 비교하면 TL431의 성능과 계산된 값의 정확성을 검증할 수 있습니다. 이 단계는 설계를 마무리하기 전에 필요한 조정을 수행하여 원하는 출력 전압과 성능을 달성하는 데 도움이 됩니다.

. 텍사스 인스트루먼트는 TL431에 대한 안정성 경계 차트가 지나치게 낙관적일 수 있음을 인정합니다. 견고한 설계를 위해서는 최소 30도의 위상 마진을 목표로 하는 것이 좋습니다. 실제 애플리케이션에서는 음극과 부하 커패시턴스 사이에 직렬 저항을 삽입하여 등가 직렬 저항(ESR)을 높이고 원치 않는 진동을 억제하는 경우가 많습니다. 이 방법은 저주파 제로를 도입하여 부하 커패시턴스만으로 발생하는 원치 않는 위상 지연의 대부분을 제거합니다. 또한 특정 테스트 회로를 사용하여 출력 전압 안정성을 측정하여 TL431의 성능을 평가할 수 있습니다. 전원 공급 장치 전압을 조정하고 TL431의 출력 변화를 모니터링하면 다양한 조건에서 기능을 파악하는 데 도움이 됩니다. 적절한 조정과 테스트를 통해 TL431이 정상 작동 상태를 유지하는지 확인하여 전압 레귤레이션의 신뢰성을 보장할 수 있습니다. TL431의 신뢰성은 등급과 테스트 프로세스의 차이로 인해 더욱 강조됩니다. TL431AIDR 및 TL431BIDR과 같은 다양한 등급의 내부 구조 및 재료 일관성에 관한 질문은 사양 한계와 테스트 프로세스를 이해하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 이를 통해 선택한 등급이 특정 애플리케이션의 신뢰성 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다.

산업 표준

텍사스 인스트루먼트는 제품의 신뢰성과 품질을 보장하기 위해 업계 표준을 준수하는 데 중점을 두고 반도체 산업의 핵심 기업으로 자리 잡았습니다. 이 회사는 아날로그 및 임베디드 반도체를 설계, 제조, 테스트 및 판매하여 산업, 자동차, 개인용 전자기기, 통신 장비 및 엔터프라이즈 시스템과 같은 다양한 시장에 공급하고 있습니다.

. 성능과 신뢰성이 가장 중요한 이러한 분야에서는 엄격한 산업 표준을 준수하는 것이 매우 중요합니다. 1992년 텍사스 인스트루먼트는 제조업 부문에서 권위 있는 말콤 발드리지 국가 품질상을 수상하며 품질 표준에 대한 헌신을 강조했습니다. 이 수상으로 인해 회사는 Baldrige 기준을 품질 벤치마크로 채택하여 업계 우수성을 향한 헌신을 더욱 공고히 했습니다. 품질에 대한 이러한 집중은 명성을 높였을 뿐만 아니라 소니, 제너럴 모터스, 엘엠 에릭슨과 같은 주요 기업과의 중요한 계약으로 이어져 비즈니스 관계를 확보하고 유지하는 데 있어 업계 표준의 중요성을 강조했습니다. 텍사스 인스트루먼트의 제조 능력은 전 세계 15개 제조 현장에서 고객의 요구를 충족하는 고품질 제품을 안정적으로 공급함으로써 입증되었습니다. 이러한 글로벌 입지를 통해 회사는 지속적으로 업계 표준을 준수하고 종종 이를 초과하여 성장과 혁신을 지원할 수 있습니다. 또한 1999년에 eXpressDSP 실시간 소프트웨어 기술을 도입하는 등 텍사스 인스트루먼트의 기술 발전은 진화하는 업계 요구 사항을 충족하는 제품을 개발하기 위한 노력을 보여줍니다. 엄격한 품질 표준을 유지하면서 혁신하는 텍사스 인스트루먼트의 능력은 성공과 업계 리더십의 초석이 되었습니다.