Zhrnutie

Napäťové referencie Texas Instruments série TL431 sú známe svojou presnosťou a všestrannosťou v oblasti návrhu elektronických obvodov. Tieto komponenty, ktoré boli predstavené v roku 1977, sa bežne označujú ako nastaviteľné bočníkové regulátory alebo programovateľné presné referencie. Sú vysoko cenené pre svoju schopnosť udržiavať stabilné výstupné napätie, čo je rozhodujúce v aplikáciách, ako je riadenie výkonu, spínané zdroje a obvody prepäťovej ochrany.

. Jednou z hlavných vlastností série TL431 je interná teplotne kompenzovaná referencia napätia, ktorá zabezpečuje spoľahlivý výkon v širokom rozsahu teplôt. TL431 pracuje tak, že vedie prúd medzi katódovými a anódovými kolíkmi, keď napätie na referenčnom kolíku prekročí 2,5 V, čím signalizuje riadiacim čipom napájania stabilizáciu výstupného napätia. Vďaka tejto presnosti a prispôsobivosti je TL431 obľúbenou voľbou pre konštruktérov, ktorí chcú do svojich obvodov implementovať účinnú a stabilnú reguláciu napätia. V priebehu rokov spoločnosť Texas Instruments rozšírila sériu TL431 o niekoľko variantov, ako napríklad TL432, TL431LI a širšiu sériu TL43xx. Každý variant je prispôsobený tak, aby spĺňal špecifické výkonnostné kritériá a podmienky prostredia, od spotrebnej elektroniky až po priemyselné aplikácie. Tieto deriváty ponúkajú variácie balenia, teplotných rozsahov a počiatočných úrovní tolerancie, čím poskytujú inžinierom celý rad možností, ktoré presne vyhovujú ich potrebám. Napriek ich širokému používaniu a spoľahlivosti sa séria TL431 nezaobišla bez kontroverzií. Spoločnosť Texas Instruments uznala, že ich pôvodné hraničné grafy stability boli príliš optimistické, a odporučila konzervatívnejšie ciele návrhu na zabezpečenie spoľahlivého výkonu. To viedlo k diskusiám v rámci inžinierskej komunity o optimálnej implementácii týchto napäťových referencií na dosiahnutie najlepšej stability a spoľahlivosti v rôznych aplikáciách.

Špecifikácie

Séria napäťových referencií Texas Instruments TL431 sú presné programovateľné referencie s niekoľkými významnými špecifikáciami a vlastnosťami. Tieto zariadenia sú vďaka svojej jedinečnej funkčnosti zaradené do rôznych kategórií, ako napríklad "nastaviteľný bočníkový regulátor", "programovateľná presná referencia", "programovateľná bočníková referencia napätia" a "programovateľná zenerova referencia".

.

Elektrické charakteristiky

TL431 funguje jednoducho tak, že vedie prúd medzi katódovými a anódovými kolíkmi, keď napätie na vstupe ref kolíka prekročí 2,5 V

. Toto vedenie signalizuje riadiacemu čipu napájania zníženie výkonu, čím sa stabilizuje výstupné napätie. Vnútorná prevádzka čipu zahŕňa referenčné napätie s kompenzáciou teploty v pásme, pričom sa využívajú tranzistory s rôznymi emitorovými plochami na vyrovnanie teplotných vplyvov.

Fyzické vlastnosti

Model TL431 má jednu vrstvu kovu, ktorá spája jeho vnútorné komponenty, pričom fyzické rozmery matrice ovplyvňujú jeho funkčné vlastnosti. Čip je pripojený prostredníctvom troch pinov označených ako "ref", "anóda" a "katóda".

.

Balenie a varianty

Spoločnosť Texas Instruments ponúka TL431 v rôznych variantoch balenia, aby uspokojila potreby rôznych aplikácií. V technickom liste TL431 sú uvedené podrobné elektrické charakteristiky a absolútne maximálne hodnoty, ktoré zahŕňajú povolené rozsahy napájacieho napätia, vstupného napätia a prevádzkovej teploty.

. Séria TL431 zahŕňa aj varianty ako TL432, ktoré majú podobné vlastnosti presnosti a programovateľnosti.

Príklady aplikácií

Tieto napäťové referencie sa široko používajú v aplikáciách riadenia výkonu, kde pomáhajú udržiavať stabilné výstupné napätie. Vďaka svojej presnosti a programovateľnosti sú vhodné na použitie v nastaviteľných bočníkových regulátoroch, spínaných napájacích zdrojoch a obvodoch prepäťovej ochrany.

.

Operácia

TL431 je trojkoncový nastaviteľný bočníkový regulátor so špecifikovanou tepelnou stabilitou v použiteľných teplotných rozsahoch pre automobilový, komerčný a vojenský priemysel. Pracuje podobne ako Zenerova dióda, ale s ďalšou výhodou, že je programovateľný. Rozloženie pinov pre TL431 je jednoduché: stredný pin je anóda (A), ľavý pin je referenčný (R) a pravý pin je katóda (K).

. Vnútorne TL431 obsahuje presný zdroj referenčného napätia, komparátor a výstupný tranzistor. Keď napätie na referenčnom kolíku prekročí 2,5 V, výstupný tranzistor sa zapne, čím umožní prietok prúdu medzi katódovými a anódovými kolíkmi. Vďaka tomuto správaniu je TL431 užitočný v rôznych aplikáciách vrátane bočníkových regulátorov, presných obmedzovačov prúdu a ako súčasť spínaných napájacích zdrojov a nabíjačiek batérií. Zjednodušená bloková schéma ukazuje, že TL431 má vyššiu účinnosť ako štandardná Zenerova dióda vďaka svojim vnútorným komponentom, ako je komparátor Op-amp, referenčné napätie a tranzistory. Poskytuje programovateľné výstupné napätie až do 40 V s garantovanou toleranciou referenčného napätia 0,5%. Medzi ďalšie vlastnosti patrí nízka dynamická výstupná impedancia, rozsah katódového prúdu od 1mA do 150mA a nízky teplotný koeficient 50PPM/°C, ktorý zabezpečuje stabilnú prevádzku v širokom rozsahu teplôt. V praktických aplikáciách môže byť TL431 nakonfigurovaný v základnom obvode bočníkového regulátora napätia podobne ako regulátor so Zenerovou diódou, kde je rezistor (R) pripojený ku katóde (K). Toto nastavenie umožňuje TL431 udržiavať stabilné výstupné napätie s nízkym výstupným šumovým napätím a rýchlym časom zapnutia . Okrem toho sa TL431 vďaka svojej univerzálnosti a spoľahlivosti bežne vyskytuje v spínaných napájacích zdrojoch a inej digitálnej elektronike. V prípade vyšších prúdových požiadaviek možno TL431 spárovať so sériovým priepustným tranzistorom, aby sa bočníkový regulátor zmenil na sériový regulátor, čím sa výrazne zvýši prúdová kapacita . Táto prispôsobivosť a široká škála aplikácií zvýrazňujú úlohu TL431 v modernom elektronickom dizajne.

Varianty

Od uvedenia série TL431 na trh v roku 1977 spoločnosťou Texas Instruments vzniklo množstvo variantov a derivátov, z ktorých každý bol prispôsobený tak, aby spĺňal špecifické výkonnostné kritériá a aplikačné požiadavky. Zatiaľ čo pôvodný model TL431 sa stále vyrába, jeho deriváty, ako napríklad TLV431, TL432, ATL431, KA431, LM431 a TS431, vznikli s cieľom uspokojiť rôzne potreby v oblasti presnosti, rýchlosti a balenia.

.

TL432

Model TL432 je v podstate elektricky ekvivalentný variant modelu TL431, ale je k dispozícii len v balení na povrchovú montáž a má iné rozmiestnenie vývodov. Tento variant poskytuje rovnaké referenčné napätie a prevádzkové charakteristiky, čo umožňuje kompaktnejší dizajn vhodný pre moderné usporiadanie dosiek plošných spojov

.

TL431LI

TL431LI je ďalší dôležitý derivát ponúkaný v dvoch triedach s počiatočnými toleranciami 0,5% a 1% pri 25 °C pre triedy B a A. Tento variant sa vyznačuje nízkym driftom výstupu v závislosti od teploty, čo zaručuje vynikajúcu stabilitu v širokom rozsahu teplôt od -40 °C do 125 °C.

.

Séria TL43xx

Širší rad TL43xx vrátane zariadení TL43xxC, TL43xxI a TL43xxQ je charakterizovaný pre rôzne rozsahy prevádzkových teplôt. Zariadenie TL43xxC je určené pre teploty od 0 °C do 70 °C, zariadenie TL43xxI pre teploty od -40 °C do 85 °C a zariadenie TL43xxQ pre teploty od -40 °C do 125 °C. Tieto varianty vyhovujú rôznym podmienkam prostredia, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu aplikácií od spotrebnej elektroniky až po priemyselné zariadenia

.

Klony a alternatívy

Okrem oficiálnych variantov od spoločnosti Texas Instruments je trh zaplavený klonmi a alternatívnymi verziami, ako je napríklad 142ЕН19, ktoré sú funkčne podobné, ale môžu sa líšiť veľkosťou matrice, usporiadaním a špecifickými výkonnostnými parametrami, ako sú minimálne prevádzkové prúdy a bezpečné prevádzkové oblasti.

. Každý z týchto variantov a klonov ponúka jedinečný súbor funkcií, ktoré možno využiť na optimalizáciu elektronických návrhov pre konkrétne aplikácie, či už ide o napájacie zdroje, nabíjačky batérií alebo monitory napätia. Pochopením nuáns každého derivátu môžu konštruktéri vybrať najvhodnejší komponent na dosiahnutie požadovanej rovnováhy presnosti, spoľahlivosti a účinnosti .

Návrh obvodu

Napäťové referencie Texas Instruments série TL431 sú univerzálne komponenty, ktoré sa často používajú v rôznych obvodoch. Vnútorné obvody TL431 obsahujú tranzistor NPN na výstupe predradený z op-ampu s presnou referenciou napätia 2,5 V.

. Toto presné referenčné napätie je základom pre jeho použitie v mnohých aplikáciách, ako sú obvody komparátorov napätia, nabíjačky a monitory batérií, solárne aplikácie a obvody spínaných zdrojov.

Regulátor bočníka

Zariadenie TL431 možno nakonfigurovať ako bočníkový regulátor, ktorý dokáže produkovať napätie od 2,5 V do 36 V pomocou dvoch rezistorov na uvedených vývodoch zariadenia.

. Zariadenie možno použiť ako typický bočníkový regulátor, ako je znázornené na blokovej schéme. V tejto konfigurácii je R1 premenný rezistor, ktorý upravuje výstupné napätie, a sériový rezistor na kladnom vstupe napájania možno vypočítať pomocou Ohmovho zákona: ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0,1} ), kde ( V_i ) je vstup napájania a musí byť nižší ako 35 V.

Obvod detektora napätia

Jednoduché použitie TL431 je v obvode 2,5 V detektora napätia. Toto nastavenie zahŕňa delič napätia tvorený rezistormi R1 a VR1. Keď napätie na referenčnej svorke (REF) prekročí 2,5 V, prúd tečie z katódy (K) na anódu (A) integrovaného obvodu, podobne ako funguje Zenerova dióda

. Tento princíp možno použiť na určenie, či je vytiahnutý integrovaný obvod zo starej dosky s plošnými spojmi stále funkčný, pretože najjednoduchšie nastavenie obvodu môže indikovať funkčný stav na základe správania sa LED.

Zdroj presného referenčného napätia

Presné referenčné napätie TL431 2,5 V sa využíva v rôznych vysoko presných aplikáciách. Môže napríklad fungovať ako presný sériový regulátor vysokého prúdu alebo regulátor bočníka vysokého prúdu. Referenčné napätie zostáva stabilné v širokom rozsahu teplôt vďaka konštrukcii s teplotnou kompenzáciou, čo zabezpečuje spoľahlivú prevádzku v rôznych podmienkach prostredia

.

Spínaný napájací zdroj

V konštrukciách spínaných zdrojov môže byť TL431 súčasťou spätnoväzbovej slučky na presnú reguláciu výstupného napätia. Keď vstupné napätie prekročí nastavenú hranicu spätnoväzbového napätia, spustí sa TL431, zapne tyristor a generuje pulzujúci prúd, ktorý môže vyhodiť poistku na ochranu obvodu

. Tento mechanizmus zabezpečuje, že bod napäťovej ochrany sa rovná ((1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} ), čo poskytuje spoľahlivú prepäťovú ochranu.

Riadený bočník

TL431 má tiež riadenú bočníkovú charakteristiku, ktorá umožňuje, aby malé zmeny napätia na svorke REF výrazne ovplyvnili katódový a anódový prúd. Vďaka tejto vlastnosti je užitočný na ovládanie kontroliek, relé alebo na priame riadenie zvukových záťaží.

. Riaditeľná funkcia bočníka rozširuje všestrannosť TL431 v aplikáciách vyžadujúcich presné riadenie prúdu.

Porovnania

Napriek svojej popularite má referenčné napätie série TL431 niekoľko konkurentov a rôznych tried, ktoré môžu vyhovovať špecifickým požiadavkám. Modely TL431, TL431AIDR a TL431BIDR majú rovnakú vnútornú štruktúru a materiály, ale líšia sa svojimi špecifikáciami a stupňami testovania. Táto diferenciácia umožňuje rôzne aplikácie v závislosti od požiadaviek na presnosť a stabilitu

. Spoločnosť Texas Instruments priznala, že ich grafy stability pre TL431 sú príliš optimistické a naznačujú, že robustné návrhy by sa mali zamerať na minimálne 30-stupňovú fázovú rezervu namiesto pôvodne opísanej nulovej fázovej rezervy. To sa dosahuje zavedením sériového odporu medzi katódou a kapacitou záťaže, ktorý ruší nežiaduce fázové oneskorenie spôsobené samotnou kapacitou záťaže. Okrem toho obvod presného referenčného napätia využívajúci TL431 poskytuje lepšiu teplotnú stabilitu a vyšší výstupný prúd v porovnaní s inými referenciami. Aby sa zabránilo samobudeniu pri kapacitných záťažiach, je potrebné starostlivo zvážiť hodnotu CL. To zvyšuje výkonnosť TL431 v rôznych aplikáciách vrátane izolovaných napájacích zdrojov a regulovaných regulovaných napájacích zdrojov. Okrem toho je TL431 chválený pre svoju jednoduchú implementáciu v obvodoch, ako je ochrana proti prepätiu, monitorovanie napätia a detekcia napätia. Tieto aplikácie využívajú vnútorné vlastnosti TL431, ako napríklad zabudovaný zosilňovač chýb a stabilné referenčné napätie, na zabezpečenie spoľahlivého a efektívneho výkonu v digitálnych aj analógových obvodoch.

Spoľahlivosť

Spoľahlivosť je kritickým aspektom pri navrhovaní obvodov s použitím napäťových referencií Texas Instruments série TL431. Zabezpečenie presnosti výpočtov kalkulačky TL431 simuláciou a testovaním obvodu v reálnych podmienkach je prvoradé. Porovnanie výsledkov simulácie so skutočnými výsledkami testov umožňuje overiť výkonnosť obvodu TL431 a presnosť vypočítaných hodnôt. Tento krok pomáha pri vykonávaní potrebných úprav pred finalizáciou návrhu, čím sa zabezpečí dosiahnutie požadovaného výstupného napätia a výkonu

. Spoločnosť Texas Instruments uznáva, že jej grafy stability pre TL431 môžu byť príliš optimistické. Pre robustné konštrukcie sa odporúča zamerať sa na fázovú rezervu aspoň 30 stupňov. Praktické aplikácie často zahŕňajú vloženie sériového odporu medzi katódu a kapacitu záťaže, čo zvyšuje ekvivalentný sériový odpor (ESR) a potláča nežiaduce oscilácie. Táto metóda zavádza nízkofrekvenčnú nulu, ktorá ruší veľkú časť nežiaduceho fázového oneskorenia spôsobeného samotnou kapacitou záťaže. Okrem toho možno výkonnosť TL431 vyhodnotiť meraním stability výstupného napätia pomocou špecifických testovacích obvodov. Nastavenie napájacieho napätia a sledovanie zmien výstupu TL431 pomáha určiť jeho funkčnosť v rôznych podmienkach. Správnym nastavením a testovaním možno zistiť, či TL431 zachováva normálne prevádzkové stavy, čím sa zabezpečí spoľahlivosť regulácie napätia. Spoľahlivosť TL431 je ďalej zdôraznená rozdielmi v triedach a testovacích procesoch. Otázky týkajúce sa vnútornej štruktúry a konzistencie materiálu v rôznych triedach, ako sú TL431AIDR a TL431BIDR, zdôrazňujú dôležitosť pochopenia limitov špecifikácie a testovacích procesov. Tým sa zabezpečí, že vybraná trieda spĺňa požiadavky na spoľahlivosť pre konkrétne aplikácie.

Priemyselné normy

Spoločnosť Texas Instruments sa etablovala ako kľúčový hráč v polovodičovom priemysle, pričom sa výrazne zameriava na dodržiavanie priemyselných noriem s cieľom zabezpečiť spoľahlivosť a kvalitu svojich výrobkov. Spoločnosť navrhuje, vyrába, testuje a predáva analógové a vstavané polovodiče pre rôzne trhy, ako sú priemysel, automobilový priemysel, osobná elektronika, komunikačné zariadenia a podnikové systémy.

. Dodržiavanie prísnych priemyselných noriem je v týchto odvetviach, kde je najdôležitejší výkon a spoľahlivosť, veľmi dôležité. V roku 1992 získala spoločnosť Texas Instruments prestížne ocenenie Malcolm Baldrige National Quality Award za oblasť výroby, ktoré zdôraznilo jej záväzok dodržiavať normy kvality. Toto ocenenie podnietilo spoločnosť, aby prijala Baldrigeove kritériá ako svoje kritériá kvality, čo ešte viac upevnilo jej odhodlanie dosahovať vynikajúce výsledky v odvetví. Toto zameranie na kvalitu nielenže zlepšilo jej povesť, ale viedlo aj k získaniu dôležitých zmlúv s veľkými korporáciami, ako sú Sony Corporation, General Motors Corporation a L.M. Ericsson, čo zdôraznilo význam priemyselných noriem pri zabezpečovaní a udržiavaní obchodných vzťahov. O výrobnej zdatnosti spoločnosti Texas Instruments svedčí jej 15 výrobných závodov po celom svete, ktoré spoľahlivo dodávajú vysokokvalitné výrobky na uspokojenie potrieb zákazníkov. Táto globálna stopa zabezpečuje, že spoločnosť môže dôsledne dodržiavať a často aj prekonávať priemyselné normy, čím podporuje rast a inovácie. Okrem toho technologické pokroky spoločnosti Texas Instruments, ako napríklad zavedenie softvérovej technológie eXpressDSP pre reálny čas v roku 1999, svedčia o jej odhodlaní vyvíjať produkty, ktoré spĺňajú vyvíjajúce sa požiadavky priemyslu. Schopnosť spoločnosti inovovať pri zachovaní prísnych noriem kvality je základom jej úspechu a vedúceho postavenia v odvetví.

Zdroje

Spoločnosť Texas Instruments (TI) ponúka celý rad zdrojov, ktoré používateľom pomôžu čo najlepšie využiť ich napäťové referencie série TL431.

Výber produktov

Využite nástroj PRT+ spoločnosti TI na identifikáciu ideálneho produktu TL431 pre vašu konkrétnu aplikáciu s maximálnou účinnosťou

. Tento nástroj pomáha pri zosúladení vašich technických požiadaviek s vhodným komponentom, čím sa zabezpečí optimálny výkon a nákladová efektívnosť.

Dokumentácia

Podrobné technické informácie poskytuje spoločnosť TI v rozsiahlych súboroch údajov, aplikačných poznámkach a bielych knihách.

. Tieto dokumenty obsahujú dôležité údaje vrátane špecifikácií, konfigurácií vývodov, výkonnostných grafov a usmernení pre aplikácie, ktoré sú neoceniteľné na účely návrhu aj riešenia problémov.

Správa o udržateľnosti

Spoločnosť TI sa zaviazala k udržateľnosti a energetickej účinnosti, ako sa uvádza v jej výročnej správe o udržateľnosti do roku 2023.

. Táto správa opisuje úsilie TI v oblasti environmentálnych, sociálnych a riadiacich iniciatív, ktoré odráža odhodlanie spoločnosti pozitívne ovplyvňovať svoje technológie a produkty.

Podpora predaja

V prípade otázok o produktoch a službách alebo pomoci s návrhom je k dispozícii tím podpory predaja spoločnosti TI, ktorý poskytne odborné poradenstvo a riešenia.

. Spolupráca s predajným tímom môže pomôcť pri riešení konkrétnych aplikačných výziev a poskytnúť odporúčania šité na mieru.

Kariérne príležitosti

Spoločnosť TI ponúka príležitosti pre ľudí, ktorí chcú zmeniť svoju budúcnosť tým, že sa pridajú do tímu zameraného na špičkové inteligentné technológie.

. Tým, že sa zamestnanci stanú súčasťou TI, prispievajú k vytváraniu inovatívnych riešení, ktoré posúvajú priemysel dopredu.

Spoločenstvo a inovácie

TI sa darí vďaka podpore inkluzívneho prostredia, ktoré podporuje inovácie a rešpektuje rôzne perspektívy.

. Kultúra spoločnosti podporuje zvedavosť a odhodlanie, ktoré sú základnými vlastnosťami pri prekonávaní technických prekážok a vývoji konkurencieschopných produktov. Ďalšie informácie a prístup k týmto zdrojom môžu používatelia získať na oficiálnej webovej stránke spoločnosti TI a prostredníctvom uvedených odkazov prejsť na príslušné nástroje a dokumenty.