Форум РадиоКот • Просмотр темы — Частотная коррекция TL431
Сообщения без ответов | Активные темы
| ПРЯМО СЕЙЧАС: |
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
|
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Первый раз сказал Мяу!
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
Если вернуть только С90 — то 1 кГц нет, если вернуть R109, C88 — возвращается 1 кГц |
| Вернуться наверх |
Профиль
|
 |
Добавлено: Ср ноя 07, 2018 17:46:26 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
charchyard |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Поставщик валерьянки для Кота
Карма: 4 Рейтинг сообщения: 0
|
ну значит коррекция усилителя ошибки оптимальна с одним полюсом на ВЧ… элементы коррекции зависят от порядка фильтра выпрямителя и его частоты среза… у всех они разные, значит бессмысленно тупо переносить элементы коррекции из одного источника в другой… да и частотные свойства 431 могут отличатся… |
| Вернуться наверх | |
|
| Реклама | |
|
|
|
|
|
Dima1060 |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
Нашел статью https://www.eetimes.com/author.asp?sect … id=1325778 |
| Вернуться наверх | |
|
|
charchyard |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Поставщик валерьянки для Кота
Карма: 4 Рейтинг сообщения: 0
|
отличная статейка… если её правильно перевесть и правильно понять, что ж там накарябно на старо-церковно англицком, то все будет супергут… у оптопары есть свой полюс ачха fz и так без всяких конденсаторов… и на этой частоте оптика сама по себе крутнет сигнал в -45гр… на частоте 10fz сдвиг будет -90гр… это только оптика… выходной фильтр с двумя реактивными элементами крутнет фазу на частоте среза f0 еще на -45гр, и далее по оси частот еще круче чем 45гр/дек… раза в два… вывод очень простой: на 1кГц все это мракобесье крутит совместными усилиями фазу в районе -180гр… и отрицательная превращается в положительную… Ку>1 (f=1kHz)… значит надо снижать Ку ниже 1 на 1кГц… или как-то вводить опережающие цепочки в коррекцию усилителей, чтоб те вносили положительный сдвиг +20…30гр… я всегда ставил параллельно свету и резистору, напрямую на катод стабилитрона 431… я б не сказал, что в катодный резистор светы токозадающий… имхо… скорее токоограничивающий, защитный… однако соотношения этого и шунтирующего резисторов влияют на крутизну регулирования… спица (LTSpice) очень помогает в таких неоднозначныйх ситуэйш нах…нах… |
| Вернуться наверх | |
|
| Реклама | |
|
Вебинар «Мощные модульные системы питания MEAN WELL 3+N. Новинки и хиты» (22.06.2023)
Приглашаем 22 июня на вебинар, посвященный подходу компании MEAN WELL к созданию мощных управляемых систем низковольтного и высоковольтного питания и зарядных установок для промышленного, технологического, телекоммуникационного, медицинского, радиопередающего и другого оборудования, а также для систем альтернативной энергетики. Подробнее>> |
|
|
Dima1060 |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
А считать этот резистор как? Например у меня выходное напряжение 5,15 вольт, ток надо обеспечить 1 мА, получается резистор 5,1 кОм пойдет? Еще у меня вопрос, в даташите на TL431 пишут минимальное напряжение катод-анод равное 2,5 вольта. У меня оно 2,12 вольта, 1,12 на оптроне, 5.15 — (2.12+1.12)=1.91 на резисторе 560 Ом. Вот подумал, хорошо ли это… |
| Вернуться наверх | |
|
| Реклама | |
|
|
|
|
|
charchyard |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Поставщик валерьянки для Кота
Карма: 4 Рейтинг сообщения: 0
|
… этот резистор в катоде света токоограничивающий…светодиод и 431 держат 50ма… 5-2,5-1,12= 1,38в Rc=1.38/50e-3=270Ohm… в два…три раза снижай… про питание 431 — 2,5минимум… это же микросхема ОУ… много ли оу имеют нижний порог питания, менее 3в? я ж говорил, у неё голодный обморок, она сознание теряет, а ты от нею требуешь, чтоб она тебе вычисляла собственную проводимость в зависимости от сигнала ООС |
| Вернуться наверх | |
|
|
Dima1060 |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
Согласен, но он как то работал же! В смысле, что при изменении нагрузки обратная связь работала и выходное напряжение оставалось стабильным. В даташите на 431 пишут, что минимальное напряжение катод-анод равно опорному напряжению. Поставил резистор в цепи оптрона 430 Ом, на TL431 упало 2,55 вольта. Дальше крутить опасаюсь — коэффициент усиления вырастет. Можно наверно перейти на ветку, где CTR начинает уменьшаться с ростом тока, но это при токах выше 10 мА — уже ощутимые потери, бьет по кпд |
| Вернуться наверх | |
|
|
charchyard |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Поставщик валерьянки для Кота
Карма: 4 Рейтинг сообщения: 0
|
Цитата: Дальше крутить опасаюсь — коэффициент усиления вырастет это какой? CTR? я не понял, коллектор транзистора оптики запитан с опорного напряжения шим? от +5v0? на нагрузочном резисторе в эмиттере напряжение Vfb в пределах 0…+5v0 изменяется? оптрон в петле оос, его коэффициент усиления не особо важен… если нагрузочный резистор уменьшить ниже определенного значения, то свету не хватит тока достичь нужного уровня излучения и шим может сузить свои пределы реулировки снизу… обрыв оос… если стоит задача работать на пределах возможностей приборов, то можно и одним миллиампером кормить тл… я три-пять делаю… |
| Вернуться наверх | |
|
|
Dima1060 |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
Да, CTR растет до тока 10 мА, потом уменьшается. Не совсем понимаю, что Вы называете опорным напряжением шим, но на стороне первичной обмотки у меня есть только +5 вольт. К нему подключен коллектор оптрона, соответственно да, на нагрузочном резисторе в эмиттере изменяется 0…+5v0 если не учитывать падение на оптроне. |
| Вернуться наверх | |
|
|
charchyard |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Поставщик валерьянки для Кота
Карма: 4 Рейтинг сообщения: 1
|
…вот на примере импульсивного источечника питания «типа флаёр»… моделирование 35мс… импульсивная нагрузка на канал 14VDC током 1,6А по 2мс с паузами… затем просто ха-ха… виден небольшой возбуд оос после сброса нагрузки… видно, что никакой CTR не даст ток коллектора 10ма… видно, что напряжение на катоде стабилитрона не 2,5в… транзистор оптики запитан от Vref шима uc3845… Цитата: и получается дополнительный резистор параллельно оптрону ни к чему … возможно… в реальности все не так как на самом деле |
| Вернуться наверх | |
|
|
Dima1060 |
Заголовок сообщения: Re: Частотная коррекция TL431
|
|
Зарегистрирован: Пт апр 20, 2018 16:45:28 Рейтинг сообщения: 0
|
Интересная модель… |
| Вернуться наверх | |
|
Кто сейчас на форуме |
|
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 18 |
| Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения |
Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2017
Brian King, Texas Instruments
EDN
В изолированных источниках питания для передачи сигнала обратной связи через изолирующий барьер используются оптроны. Внутри оптрона размещаются светодиод и фотодетектор. Ток, идущий через светодиод, приводит к появлению пропорционального тока в фотодетекторе. Коэффициент передачи тока (current transfer ratio – CTR) определяется как отношение токов фотодетектора и светодиода и обычно имеет очень большой разброс. Конструируя цепь изолированной обратной связи, необходимо учитывать разброс параметров оптоизолятора и всех других компонентов, определяющих большой коэффициент усиления сигнала. Пренебрежение этой задачей может легко привести к возврату после запуска вашего продукта в массовое производство.
Наиболее распространенная схема изолированной цепи обратной связи показана на Рисунке 1. Микросхема TL431 содержит усилитель ошибки и источник опорного напряжения. Выходное напряжение устанавливается резистивным делителем R3, R5 и внутренним опорным источником микросхемы TL431. Изменяя напряжение на входе обратной связи контроллера ШИМ, цепь обратной связи управляет мощностью, поступающей на выход источника питания. При смещении VOUT вверх катод TL431 отдает оптоизолятору больше тока, и напряжение обратной связи VFB становится ниже. Когда VOUT смещается вниз, катодный ток TL431 уменьшается, и напряжение обратной связи увеличивается.
 |
|
| Рисунок 1. | Такая схема формирования сигнала обратной связи чаще всего используется в изолированных источниках питания. |
Правильно сконструированная схема должна быть способна гарантированно управлять входом обратной связи контроллера во всем рабочем динамическом диапазоне при наихудшем сочетании возможных допусков и разбросов параметров всех главных компонентов.
Первым делом необходимо определить рабочий динамический диапазон напряжения на выводе обратной связи контроллера. Все контроллеры отличаются друг от друга, поэтому в каждом случае потребуется обращение к справочной документации. В качестве примера предположим, что для управления прямоходовым преобразователем с активным ограничением мы используем микросхему ШИМ-контроллера UCC2897A. Глядя в раздел «Подробное описание выводов» технического описания UCC2897A, мы видим, что при напряжении 2.5 В на входе обратной связи коэффициент заполнения ШИМ равен нулю, а при напряжении 4.5 В коэффициент заполнения максимален. UCC2897A содержит также источник опорного напряжения 5 В (вывод VREF), к которому можно подключить нагрузочный резистор R6 фототранзистора оптрона, изображенного на Рисунке 1. Минимальное значение опорного напряжения равно 4.75 В, а максимальное – 5.25 В. Рассчитать требуемый диапазон токов транзистора оптрона, в предположении, что сопротивление резистора R6 равно 1 кОм ±1%, можно с помощью формул (1) и (2):
 |
(1) |
 |
(2) |
Из этих расчетов следует, что схема должна быть способна пропускать через R6 ток от 0.25 мА до 2.78 мА. При выборе соответствующего сопротивления резистора R2 напряжение на катоде TL431 может достигать достаточно высокого уровня, при котором поступление тока в светодиод прекратится. Таким образом, минимальный ток R6 гарантируется конструкцией схемы, и остается побеспокоиться о том, как обеспечить максимальный ток R6.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость CTR оптоизолятора от температуры. |
На втором шаге необходимо рассчитать CTR оптрона для наихудшего случая. Оптроны с цифрами «817» в обозначении типа предлагаются многими производителями. Все они совместимы друг с другом по выводам и отличаются только префиксами. В Таблице 1 в качестве примера приведены диапазоны CTR для различных групп оптронов 817, маркируемых однобуквенными суффиксами в конце обозначения. Приведенные в таблице данные справедливы при температуре 25 °C для прямого тока светодиода 5 мА. Показанные на Рисунках 2 и 3 графики зависимостей CTR от окружающей температуры и тока светодиода взяты из справочной документации.
 |
|
| Рисунок 3. | Зависимость CTR оптоизолятора от тока светодиода. |
Предположим, что ваш источник питания должен работать в диапазоне температур от –40 °C до 85 °C. На основании Рисунка 2 определяем, что для температуры 85 °C минимальное значение CTR нужно умножить приблизительно на 0.7. Если вы выбрали оптрон 817 группы «A», минимальное значение CTR теперь будет равно всего 56%. Деление результата, полученного из формулы (1), на 0.56 показывает, что без учета зависимости CTR от тока, максимальный ток, который может потребоваться светодиоду, составляет, по крайней мере, 4.96 мА. Впрочем, как видно из Рисунка 3, пологий характер графика при 4.96 мА позволяет этой зависимостью пренебречь.
| Таблица 1. | Значения CTR для различных групп оптоизоляторов 817 |
|||||||||||||||||
|
Третий, и последний шаг – выбор такого значения сопротивления R1, чтобы тока TL431 при любых условиях хватало для управления оптроном. Минимальное напряжение на катоде TL431 равно 2.5 В, а прямое падение напряжения на светодиоде оптрона может достигать 1 В. Используя эти параметры, рассчитаем максимальное значение R1 с помощью формулы (3):
 |
(3) |
При использовании резистора R1 с сопротивлением более 1.7 кОм выходного тока TL431 для поддержания режима стабилизации может оказаться недостаточно. Тогда выходное напряжение будет продолжать рост до тех пор, пока светодиод оптрона не получит необходимое количество тока. Это приведет к перенапряжению на выходе, и, скорее всего, произойдет при более высоких температурах.
Проблемы разброса параметров часто упускают из виду на этапе проектирования. Источники питания из опытной партии легко могут пройти выходной контроль, а неприятности возникнут позже, когда потребители начнут возвращать продукцию. Следуя описанной здесь простой процедуре расчета, вы можете сэкономить деньги своей компании и не огорчить ее клиентов.
Материалы по теме
- Datasheet Texas Instruments TL431
- Datasheet Texas Instruments UCC2897A
- Datasheet Sharp Microelectronics PC817
- Datasheet Everlight EL817
В МС-9 у меня оно прекрасно работало!
Паспортный разброс порога затвора у FDC638 1…3 В, так что, с минимальными 1 мА и 2 В TL431 и нынешним R1=1 кОм, он будет либо всегда открыт, либо всегда закрыт.
Как факт — он-то работает, если бы не импульсы в его гейте.
А в условиях уже наличия стабильных +5 В, тема похожа просто на утилизацию бесполезного мешка TL431.
Я где-то говорил что +5 стабильные? Они с того-жде трансформатора идут, только от другого выпрямителя и через 7805.
Вся эа схема должна работать в переходных режимах — включени и выключение в сеть.
В Вашей схеме, Вы предлагаете в качестве порогоа Vbe транзистора использовать? И какой будет рабочий температурный диапазон у всего этого?
Вообще, у TI четко указан диапазон стабильной работы TL’ки для емкостных нагрузок (если не ошибаюсь, менее 10нФ и более 5мкФ — всегда стабильно). От этого и отталкивайтесь.
Емкости между чем и чем, A-K?
Вообще, в даташитах и интенете полно схем, где 431 используется похожим образом, без конденсаторов вообще, и я не очень опнимаю — чем моя схема о них отличается.
Посмотрите в ТИ-шном даташите:
Figure 21. Single-Supply Comparator With Temperature-Compensated Threshold
Figure 29. Voltage Monitor
Практически тоже самое!
было при подключении упр. входа на катод.
вообще упрощенно суть работы TL431 в следующем —
Я знаю в чем суть работы 431, я ее применял много раз, в т.ч. и как обычный параллельный стаб, и как реле времени (см ТИ даташит, Figure 30. Delay Timer).
В последнем случае — на катоде было 2-2.5в в открытом состоянии, никогда не видел ниже 2в.
ДА и в ДШ если посмотреть Figure 21. Single-Supply Comparator With Temperature-Compensated Threshold — то там написано:
Von ~2 V
Voff ~VI(BATT)
Особенности работы, простота включения во многие схемы и хорошие характеристики сделали микросхему TL431 очень популярным регулируемым стабилизатором на рынке. С минимальным набором дополнительных электронных компонентов (нескольких резисторов и конденсаторов), она способна обеспечить рабочее напряжение в диапазоне от 2,5 до 36 В при токе стабилизации от 1 до 100 мА. Для получения больших значений на выход ТЛ431 обычно добавляют мощные транзисторы.
Это устройство еще называют управляемым программируемым стабилитроном. Его впервые представила миру американская компания Texas Instruments (TI) в далеком 1977 году. С тех пор оно постоянно совершенствовалось и теперь является неотъемлемой частью многих современных импульсных блоков питания, где выполняет роль источника опорного напряжения. Оно может быть отличной заменой для диодов Зенера, в различных электронных схемах.
Содержание
- Цоколевка
- Технические характеристики TL431
- Рекомендуемые параметры эксплуатации
- Схемы включения TL431
- Расчет параметрической схемы стабилизации
- Регулировка напряжения стабилизации
- Аналоги TL431
- Как проверить мультиметром
- Производители
Цоколевка
Распиновка TL431 зависит от корпусного исполнения устройства, в котором она размещена. Всего существует пять его разновидностей: для установки в отверстия: ТО-92; для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8. У электронных схем, находящихся внутри таких пластиковых упаковок, всего 3 контакта с назначением: 1 – управляющий электрод; 2 – анод; 3- катод. Металлических выводов у некоторых типов корпусов этой микросхемы больше, при этом они не используются или совмещены с соседними. Как это сделано, наглядно показано на рисунке.
Технические характеристики TL431
Рассмотрим максимально допустимые рабочие характеристики микросхемы. Если при его эксплуатации они будут превышены, то устройство неминуемо выйдет из строя. Продолжительная эксплуатация с параметрами, близкими к предельным значениям, также не допускается. Рассмотрим их подробней:
- катодное выходное напряжение (VKA), по отношению к выводу анода до 37 В;
- возможные значения токов: для непрерывного катодного на выходе (IKA) от –100 мА до 150 мА; для обратного на входе от -50 мА до 10 мА;
- типовой импеданс до 0,22 Ом;
- рассеиваемая мощность (для разных типов упаковки) PD: 0.8 Вт (SOT-89); 0,78 Вт (ТО-92); 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25);
- температура кристалла (TJ): рабочая: 0…+70 ОС; -40 … +125ОС (для некоторых автомобильных версий); максимальная (TJmax) до +150ОС;
- тепловое сопротивление корпуса RθJC: 97ОС/Вт (D); 156 ОС/Вт (LP); 28 ОС/Вт (KTP); 127ОС/Вт (P); 52ОС/Вт (PK); 149ОС/Вт (PW);
- температура хранения: -65… +150 ОС.
Максимальную рассеиваемую мощность можно рассчитать по стандартной формуле PD= (TJmax-TA)/ RθJC. В ней ТА – это температура окружающей среды.
Рекомендуемые параметры эксплуатации
В рабочих условиях рекомендуемыми значениями использования TL413 являются: входное опорное напряжение (VREF) не более 36 В; катодный ток (IKA) должен быть в диапазоне от 1 до 100 мА; соблюдение температурных режимов использования. Стоит учитывать, что при IKA <5 мА данная микросхема может функционировать нестабильно. Ниже представлены электрические параметры устройства, замеренные при температуре ТА= 25°C.
Схемы включения TL431
Разберемся как работает TL431 на примере простейшей схемы стабилизации, состоящей из самого стабилитрона и одного резистора. К катоду подключается положительный, а к аноду отрицательный полюс питания. Для включения микросхемы, на её управляющий электрод подается опорное напряжение (Vref). 
Если его значение будет больше 2.5 В, то стабилитрон почти сразу откроется и начнет пропускать через себя ток (IKA), которым можно запитать соответствующую нагрузку. Его значение будет расти вместе с повышением уровня Vin . IKA можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом, выходное напряжение схемы будет стабилизировано на уровне опорного (VКА = Vref), не превышающего 2.5 В и независимо от подаваемого на входе Vin.
Максимальное значение IKA у TL431 ограничено не только 100 мА, но и мощностью рассеивания на её корпуса.
Расчет параметрической схемы стабилизации
Для получения на выходе микросхемы большего по величине напряжения (вплоть до 36 В), к её управляющему электроду дополнительно подсоединяют резистивный делитель. Он состоит из двух резисторов (R1 и R2) подключаемых между катодом и анодом. В этом случае внутреннее сопротивление стабилитрона возрастает на (1 + R1/R2) раз.
Для расчета схемы стабилизации на TL431 необходимы начальные данные о входном(VIN) и выходном (VКА) напряжениях, а также токах: стабилизации (IKA) и нагрузки (IL). Имея эти данные можно рассчитать значения других электронных компонентов, представленных на рисунке ниже.
Выходное напряжение и номиналы сопротивлений связаны между собой следующей формулой VКА= Vref *(1 + R1/R2)+ Iref *R1. Где Vref = 2495 мВ и Iref = 2 мкА -это типовые величины, они указаны в электрических параметрах из даташит на устройство.
Сопротивление R1 также можно взять из datasheet. Чаще всего берут с номиналами от 10 до 30 кОм. Значение R1 ограничено небольшим опорным током (Iref = 2 мкА), которым часто пренебрегают для расчетов схем стабилизации на TL431. Поэтому для вычисления значения R2, без учета Iref, можно использовать следующую формулу R2=R1/((VКА/Vref)-1).
Регулировка напряжения стабилизации
Для построения схем с возможностью ручной регулировки напряжения на выходе, вместо обычного R1 ставят потенциометр. Номинал ограничительного резистора R, оказывающего сопротивление току на входе (IIN), рассчитывают по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. Здесь IIN = IKA+ IL.
Несмотря на достоинства микросхемы TL431, есть у неё и весьма существенный недостаток– это маленький ток в нагрузке, который она способна выдержать. Для решения этой проблемы в схему включают мощные биполярные или полевые транзисторы.
Примеры различных схем на основе стабилитрона TL431 можно посмотреть в следующем видео.
Аналоги TL431
Существует отечественная микросхема, похожая по своим параметрам на рассматриваемую. Это российский линейный стабилизатор КР142ЕН19. Наиболее полными аналогами TL431 является: IR943N, TL432, LM431. К устройствам с похожей цоколевкой, но немного другими электрическими параметрами можно отнести: HA17431A, KIA431. В качестве замены также можно попробовать использовать APL1431.
Как проверить мультиметром
TL431 нельзя проверить с помощью мультиметра, так как это не простой стабилитрон, а интегральная микросхема. Сопротивления между его выводами у разных производителей отличаются. Поэтому, для того чтобы убедится в её исправности обычно собирают простейшие схемы проверки.
Для проверки в схеме изображенной на рисунке слева, на вход подается 12 В. Если устройство исправно, то на выходе должно появится напряжение 4.9-5.0 В, а при замыкании кнопки S1 – 2.5 В. Мультиметр, в данном случае, нужен для измерения результатов тестирования.
TL431 можно также проверить в другой тестовой схеме со светодиодом (рисунок справа). При изменении сопротивления R2 потенциометра, на управляющем электроде появится 2.5 В. Диод должен скачкообразно перейти в светящееся состояние. Это будет означать то, что устройство исправно. Данный принцип работы можно использовать для создания индикатора разряда аккумулятора.
Производители
Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.
TL431 — это стабилизатор или Усилитель мощности
Что собой представляет довольно известная импортная микросхема TL431. Я уже рассказывал в некоторых своих статьях а также видео:
В двух словах эта микросхема TL431 представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения и не просто стабилизатор, а TL431 является «программируемым прецизионным источником опорного напряжения». Чаще всего эта микросхема используется в импульсных блоках питания. И как правило она работает в паре с оптроном PC817, для организации обратной связи. Эта обратная связь поддерживает выходное напряжение на заданном уровне.
Так же можно посмотреть Видео на эту тему
Если посмотрим на блок-схему этой детали то она не такая уж и сложная. И состоит всего лишь из 3 модулей.
Это сам компаратор на один из входов которого подключен опорный источник напряжения на 2,5 Вольта. А также выходная часть л=для увеличения тока стабилизации.
Но оказалось что применять её можно, не только по назначению. А ещё в довольно нестандартных схемных решениях, и об одном из них мы сегодня и поговорим. Это как использовать эту микросхему роли усилителя мощности звука.
И по какому принципу это всё работает. TL431 — стабилитрон или усилитель
Если посмотрим на эти два графика. А также на схему представленную ниже
То будет понятно. Что всё зависит от того какой резистор стоит в цепи питания.
И первый график это режим стандартной работы этой микросхемы. В режиме стабилизации напряжения. Второе более пологий график — это как раз и есть режим который можно использовать для усиления сигнала.
Перейдем от теории к схемам на TL431
И как всегда. Давайте начнём самый простой схемы включения. А точнее с базовой. И эта схема представлена ниже:
В качестве выходной нагрузки использовать низкоомный динамик конечно же нежелательно. Так как выходная мощность этой микросхемы — стабилизатора довольно низкая. И поэтому лучше использовать наушники. Или капсюль от звуковых телефонов с сопротивлением более 50 Ом .
Зато коэффициент усиления такой схемы довольно большой. И составляет примерно около 60 дБ.
А так как чувствительность усилителя довольно большая. Поэтому на него нужно подавать сигнал с амплитудой всего лишь несколько милливольт.
Сильно слабый сигнал. И с ним TL431 справится
Но бывает и такие ситуации. Выходной сигнал подаваемый на вход усилителя настолько слабый. Что даже усиление в 60 дБ не хватает.
Следующая схема, которая представлена ниже
Имеет ещё предварительный каскад усиления на довольно популярном транзисторе 2N2222. Благодаря этому на его вход можно подавать сигнал уже менее 1 милливольта.
Если вы хотите изменить напряжение питания вашей схемы. То за это отвечает резистор R4 в первой схеме и R2 во второй схеме.
R4/R2: 6 вольт — 68 Ом;
R4/R2: 9 вольт— 180 Ом,
R4/R2: 12 вольт — 270 Ом.
Схема усилителя на TL431 для низкоомной нагрузки (Динамик 8 Ом)
Здесь уже микросхема tl431 выступает в роли предварительного усилителя. А выходной каскад собран на транзисторах BC327 и BC337.
Выходная мощность такого усилителя может доходить до сотен милливатт. Но если вам нужно ещё больше мощности то замените выходные транзисторы на более мощные.
Главная » Справочник » Описание регулируемого стабилитрона TL431. Схемы включения, цоколевка, аналоги, datasheet
Микросхема TL431 — это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.
- напряжение на выходе: 2,5…36 вольт;
- выходное сопротивление: 0,2 Ом;
- прямой ток: 1…100 мА;
- погрешность: 0,5%, 1%, 2%;
Функциональная схема
Цоколевка TL431
TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.
Аналоги TL431
Отечественными аналогами TL431 являются:
- КР142ЕН19А
- К1156ЕР5Т
К зарубежным аналогам можно отнести:
- KA431AZ
- KIA431
- HA17431VP
- IR9431N
- AME431BxxxxBZ
- AS431A1D
- LM431BCM
Схемы включения TL431
Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр — контроль напряжения.
Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.
Стабилизатор тока на TL431
Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе, согласно закону Ома для участка цепи, получаем постоянный ток равный:
I=2,5/R2
Инвертор 12 В/ 220 В
Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…
Индикатор повышения напряжения
Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.
В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431. Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3. Его сопротивление можно рассчитать по формуле:
R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1
где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.
Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:
R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)
Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.
Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.
Проверка исправности TL431
Вышеприведённой схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветится , то TL431 исправен.
Индикатор низкого напряжения
Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по-иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.
Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431. На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.
В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.
Индикатор изменения напряжения
Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:
В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).
Работа TL431 совместно с датчиками
Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.
Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор, то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.
Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.
Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.
TL431 в схеме со звуковой индикацией
Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.
Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.
Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.
Калькулятор для TL431
Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:
Скачать калькулятор для TL431 (103,4 KiB, скачано: 36 906)
Скачать datasheet TL431 на русском (702,6 KiB, скачано: 23 473)
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
1 Характеристики
- Готовый ШИМ — контроллер
- Незадействованные выводы для 200 мА приемника или источника тока
- Выбор однотактного или двухтактного режима работы
- Внутренняя схема запрещает двойной импульс на выходе
- Изменяемое время задержки обеспечивает контроль всего спектра
- Встроенный стабилизатор выдает 5 В опорного напряжения с допуском 5%
- Архитектура микросхемы позволяет легко синхронизироваться
2 Применение
- Настольные ПК
- Микроволновые печи
- Источники питания: AC/DC; изолированный; с коррекцией коэффициента мощности; >90 Вт
- Серверы БП
- Солнечные микро-преобразователи
- Стиральные машины классов : Low-End и High-End
- Электровелосипеды
- Источники питания: AC/DC; изолированный; без коррекции коэффициента мощности; <90 Вт
- Датчики дыма
- Преобразователи в солнечной энергетике
3 Описание
TL 494 включает в себя все функции необходимые для построения схемы управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на одном кристалле. Предназначенная в основном для управления питанием, она позволяет адаптировать схему к конкретному применению. TL 494 содержит два усилителя ошибки, внутренний регулируемый генератор, компаратор управления длительностью мертвого времени (DTC), импульсно управляемый переключатель, источник опорного напряжения 5В ± 5%, контроль выходной цепи.
Усилители ошибки выдают синфазное напряжение в диапазоне -0.3 В до Vcc — 2 В. Компаратор мертвого времени имеет фиксированное смещение, что дает 5% временную задержку. Внутренний генератор можно обойти путем отключения вывода RT и подключения пилообразного напряжения к CT, что применяется для общих цепей в синхронизации источников питания.
Независимые выходные формирователи на транзисторах дают возможность подключать нагрузку по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL493/4/5 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. TL494 может работать в однотактном и двухтактном режиме. Архитектура устройства не дает возможности подачи двойного импульса в двухтактном режиме.
TL494C может работать в диапазоне температур от 0°C до 70°C. TL494I работает в диапазоне температур от –40°C до 85°C.
| Серийный номер | Корпус(кол-во выводов) | Размеры |
| TL 494 | SOIC (16) | 9.90 мм × 3.91 мм |
| PDIP (16) | 19.30 мм × 6.35 мм | |
| SOP (16) | 10.30 мм × 5.30 мм | |
| TSSOP (16) | 5.00 мм × 4.40 мм |
4 Расположение и назначение выводов
| Вывод | Тип | Описание | |
| Название | Номер | ||
| 1IN+ | 1 | I | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 1IN- | 2 | I | Инвертирующий вход усилителя ошибки 1 |
| 2IN+ | 16 | I | Неинвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
| 2IN- | 15 | I | Инвертирующий вход усилителя ошибки 2 |
| C1 | 8 | O | Коллектор Биполярного Плоскостного Транзистора (БПТ) 1 |
| C2 | 11 | O | Коллектор БПТ 2 |
| CT | 5 | — | Вывод для подключения конденсатора для установки частоты генератора |
| DTC | 4 | I | Вход компаратора мертвого времени |
| E1 | 9 | O | Эмиттер БПТ 1 |
| E2 | 10 | O | Эмиттер БПТ 2 |
| FEEDBACK | 3 | I | Вывод для обратной связи |
| GND | 7 | — | Общий |
| OUTPUT CTRL | 13 | I | Выбор режима работы |
| REF | 14 | O | Опорное напряжение 5В |
| RT | 6 | — | Вывод для подключения резистора для установки частоты генератора |
| VCC | 12 | — | Напряжение питания (+) |
5 Спецификация
5.1 Абсолютные максимальные значения
| Мин. | Макс. | Ед. Изм. | |
| VCC Напряжение питания | 41 | В | |
| VI Напряжение на входе усилителя | VCC + 0.3 | В | |
| VO Напряжение на коллекторе | 41 | В | |
| IO Ток коллектора | 250 | мА | |
| Температура припоя 1,6 мм в течении 10 сек. | 260 | °C | |
| Tstg Температура хранения | –65 | 150 | °C |
5.2 Значения электростатического заряда
| Макс. | Ед. изм. | ||
| V(ESD) Электростатический заряд | Модель человеческого тела (HBM), посредством ANSI/ESDA/JEDEC JS-001, все выводы | 500 | В |
| Модель заряда на устройстве (CDM), посредством JEDEC спецификации JESD22-C101, все выводы | 200 | В |
5.3 Рекомендуемые рабочие значения
| Мин. | Макс. | Ед. Изм. | |
| VCC Напряжение питания | 7 | 40 | В |
| VI Напряжение на входе усилителя | -0,3 | VCC – 2 | В |
| VO Напряжение на коллекторе | 40 | В | |
| Ток коллектора (каждого транзистора) | 200 | мА | |
| Ток обратной связи | 0,3 | мА | |
| fOSC Частота генератора | 1 | 300 | кГц |
| CT Емкость конденсатора генератора | 0,47 | 10000 | нФ |
| RT Сопротивление резистора генератора | 1,8 | 500 | кОм |
| TA Рабочая температура на открытом воздухе | 0 | 70 | °C |
| -40 | 85 | °C |
5.4 Тепловые характеристики
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе
| Параметр | TL494 | Ед. изм. | ||||
| D | DB | N | NS | PW | ||
| RθJA Полное тепловое сопротивление для корпуса | 73 | 82 | 67 | 64 | 108 | °C/Вт |
5.5 Электрические характеристики
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе, VCC = 15 В, f = 10 кГц
| Параметр | Условия испытаний(1) | TL494C, TL494I | Ед. изм | ||
| Мин. | Тип.(2) | Макс. | |||
| Выходное напряжение (REF) | IO = 1 мА | 4.75 | 5 | 5.25 | В |
| Стабилизация на входе | VCC от 7 В до 40 V | 2 | 25 | мВ | |
| Стабилизация на выходе | IO от 1 мА до 10 мА | 1 | 15 | мВ | |
| Изменение выходного напряжения при температуре | ΔTA от MIN до MAX | 2 | 10 | мВ/В | |
| Выходной ток короткого замыкания(3) | REF = 0 V | 25 | мА |
(1) Для условий указанных как MIN или MAX используются соответствующие значения, указанные в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(2) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
(3) Продолжительность короткого замыкания не должна превышать одну секунду.
5.6 Электрические характеристики генератора
CT = 0,01 мкФ, RT = 12 кОм
| Параметр | Условия испытаний(1) | TL494C, TL494I | Ед. изм. | ||
| Мин. | Тип.(2) | Макс. | |||
| Частота | 10 | кГц | |||
| Стандартное отклонение частоты(3) | Все значения VCC, CT, RT, и TA постоянны | 100 | Гц/кГц | ||
| Изменение частоты от напряжения | VCC от 7 В до 40 В, TA = 25°C | 1 | Гц/кГц | ||
| Изменение частоты от температуры(4) | ΔTA — от MIN до MAX | 10 | Гц/кГц |
(1) Для условий указанных как MIN или MAX используются соответствующие значения, указанные в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(2) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
(3) Стандартное отклонение является мерой статистического распределения относительно среднего рассчитанного по формуле:
(4) Температурный коэффициент конденсатора и резистора не учитываются.
5.7 Электрические характеристики усилителя ошибки
| Параметр | Условия испытаний | TL494C, TL494I | Ед. изм. | ||
| Мин. | Тип.(1) | Макс. | |||
| Входное напряжение смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 2 | 10 | мВ | |
| Входной ток смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 25 | 250 | нА | |
| Входной ток смещения | VO (FEEDBACK) = 2.5 В | 0.2 | 1 | мкА | |
| Диапазон входного напряжения | VCC от 7 В до 40 В | -0.3 до VCC – 2 | В | ||
| Коэффициент усиления разомкнутой цепи | ΔVO = 3 В, VO = 0.5 В — 3.5 В, RL = 2 кОм | 70 | 95 | dB | |
| Полоса пропускания | ΔVO = 3 В, VO = 0.5 В — 3.5 В, RL = 2 кОм | 800 | кГц | ||
| Коэффициент подавления синфазных сигналов | ΔVO = 40 В, TA = 25°C | 65 | 80 | dB | |
| Выходной ток приемника(FEEDBACK) | VID = –15 мВ до –5 В, V (FEEDBACK) = 0.7 В | 0.3 | 0.7 | мА | |
| Выходной ток источника(FEEDBACK) | VID = 15 мВ до 5 В, V (FEEDBACK) = 3.5 В | -2 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.8 Выходные электрические характеристики
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. | |
| Ток коллектора в закрытом состоянии | VCE = 40 В, VCC = 40 В | 2 | 100 | мкА | ||
| Ток эмиттера в закрытом состоянии | VCC = VC = 40 В, VE = 0 | -100 | мкА | |||
| Напряжение насыщения коллектор — эмиттер | Общий эмиттер | VE = 0, IC = 200 мА | 1.1 | 1.3 | В | |
| Эмиттерный повторитель | VO(C1 или C2) = 15 В, IE = –200 мА | 1.5 | 2.5 | |||
| Выходной контроль входного тока | VI = Vref | 3.5 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.9 Электрические характеристики управления длительностью мертвого времени
См. Рисунок 5
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Входной ток смещения (DEAD-TIME CTRL) | VI от 0 до 5.25 В | -2 | -10 | мкА | |
| Максимальная скважность импульсов на каждом выходе | VI (DEAD-TIME CTRL) = 0, CT = 0.01 мкФ, RT = 12 кОм | 45% | — | ||
| Входное пороговое напряжение (DEAD-TIME CTRL) | Нулевой коэффициент заполнения | 3 | 3.3 | В | |
| Максимальный коэффициент заполнения | 0 |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.10 Электрические характеристики ШИМ — компаратора
См. Рисунок 5
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Входное пороговое напряжение (FEEDBACK) | Нулевой коэффициент заполнения | 4 | 4.5 | В | |
| Входной ток приемника (FEEDBACK) | V (FEEDBACK) = 0.7 В | 0.3 | 0.7 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.11 Общие электрические характеристики устройства
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. | |
| Ток потребляемый в режиме ожидания | RT = Vref, Все остальные входы и выходы отключены | VCC = 15 В | 6 | 9 | мА | |
| VCC = 40 В | 10 | 15 | ||||
| Средний потребляемый ток | VI (DEAD-TIME CTRL) = 2 В, | 7.5 | мА |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.12 Коммутационные характеристики
TA = 25°C
| Параметр | Условия испытаний | Мин. | Тип.(1) | Макс. | Ед. изм. |
| Время нарастания | Схема с общим эмиттером | 100 | 200 | нс | |
| Время спада | 25 | 100 | нс | ||
| Время нарастания | Схема эмиттерного повторителя | 100 | 200 | нс | |
| Время спада | 40 | 100 | нс |
(1) Все типичные значения, за исключением изменения параметров температуры, установлены при TA = 25°C.
5.13 Типовые характеристики
Рис. 1 Частота колебаний генератора и ее отклонение от сопротивления резистора генератора |
Рис. 2 Усиление напряжения от частоты |
Рис. 3 Усилитель ошибки — передаточные характеристики |
Рис. 4 Усилитель ошибки — график Боде |
6 Измеряемые параметры
Рис. 5 Проверка работы цепи и осциллограммы
Рис. 6 Характеристики усилителя
Прим. А: CL включает датчик и управляющую емкость
Рис. 7 Схема включения с общим эмиттером
Прим. А: CL включает датчик и управляющую емкость
Рис. 8 Схема включения эмиттерного повторителя
Описание работы
Обзор
TL494 не только включает в себя основные блоки, необходимые для управления импульсным источником питания, но также решает многие основные проблемы и уменьшает количество дополнительных схем, требуемых при проектировании устройства. TL494 — это схема управления с фиксированной частотой и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Модуляция выходных импульсов осуществляется путем сравнения пилообразного сигнала, создаваемого внутренним генератором на синхронизирующем конденсаторе (CT), с любым из двух управляющих сигналов. Выходной каскад включается в то время, когда пилообразное напряжение больше сигналов управления напряжением. По мере увеличения управляющего сигнала время, в течение которого пилообразный вход больше, уменьшается; следовательно, длительность выходного импульса уменьшается. D-триггер управления импульсом поочередно направляет модулированный импульс на каждый из двух выходных транзисторов. Для получения дополнительной информации о работе TL494 см. Примечания по применению, расположенные на ti.com.
Функциональная блок-схема
Источник опорного напряжения
TL494 имеет внутренний источник опорного напряжения 5 В на выводе REF. Помимо получения опорного напряжения он дает питание логике управления, D-триггеру, генератору, компаратору мертвого времени, компаратору ШИМ. В стабилизаторе используется схема с плавно изменяющейся запрещенной зоной в качестве основного эталона для поддержания тепловой стабильности на уровне менее 100 мВ в рабочем диапазоне температур воздуха от 0 ° C до 70 ° C. Защита от короткого замыкания нужна, чтобы защитить источник опорного напряжения; для дополнительных цепей смещения доступен ток нагрузки 10 мА. Значение внутренне запрограммировано на начальную точность ± 5% и поддерживает стабильность изменения менее 25 мВ в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. Для входных напряжений менее 7 В стабилизатор насыщается в пределах 1 В на входе и отслеживает его.
Генератор
Генератор обеспечивает положительную пилообразную форму волны компараторам мертвого времени и ШИМ для сравнения с различными управляющими сигналами.
Частота сигнала выдаваемого генератором задается значениями сопротивления и емкости компонентов RT и СТ. Генератор заряжает конденсатор СТ постоянным током, величина которого задается сопротивлением резистора RT. Когда напряжение на конденсаторе СТ достигнет 3 В, схема генератора разряжает его, и цикл зарядки возобновляется. Зарядный ток определяется по формуле:
Icharge = 3 В/ RT (1)
Период пилообразного сигнала можно рассчитать по формуле :
Т = (3 В×СТ)/Icharge (2)
Частота сигнала от генератора:
fOSC = 1/(RT×CT) (3)
В двухтактном режиме частота на выходе будет равняться половине частоты генератора.
Однотактный режим:
f = 1/(RT×CT)
Двухтактный режим:
f = 1/(2RT×CT)
Управление временем задержки (мертвым временем)
Вход управления мертвым временем задает минимальное мертвое время (время отключения). Выход компаратора запрещает переключение транзисторов Q1 и Q2, когда напряжение на входе больше, чем линейное напряжение генератора. Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное мертвое время ~ 3%, когда вывод DTC подключен к земле. При подаче напряжения на вывод DTC длительность мертвого времени увеличивается. Это дает возможность линейно изменять длительность мертвого времени от минимума 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 В до 3,3 В соответственно. Благодаря полнодиапазонному управлению выходом можно управлять от внешних источников без нарушения работы усилителей ошибок. Вход управления мертвым временем DTC является входом с относительно высоким импедансом (II < 10 мкА) и должен использоваться там, где требуется дополнительное управление коэффициентом заполнения. Для правильного управления этот вывод должен быть подключен для управления либо подтянут к плюсу питания либо к земле. Обрыв цепи в таком случае даст неопределенное состояние.
Компаратор
Компаратор имеет смещение относительно источника опорного напряжения. Это обеспечивает изоляцию от входного источника питания для повышения стабильности. Вход компаратора не имеет гистерезиса, поэтому должна быть предусмотрена защита от ложного срабатывания вблизи порога переключения. Компаратор имеет время отклика 400 нс от любого из входов управляющего сигнала к выходным транзисторам с перегрузкой всего 100 мВ. Это обеспечивает положительный контроль выхода в пределах половины цикла для работы в рекомендованном диапазоне 300 кГц.
Широтно-импульсная модуляция ШИМ
Компаратор также управляет шириной выходного импульса. Для этого линейно нарастающее напряжения на синхронизирующем конденсаторе CT сравнивается с управляющим сигналом, присутствующим на выходе усилителей ошибки. Вход CT подключается через последовательный диод, который отсутствует на входе управляющего сигнала. Для этого требуется, чтобы управляющий сигнал (выход усилителя ошибки) был на ~ 0,7 В больше, чем напряжение на выводе CT, чтобы подавить выходную логику, и обеспечить работу с максимальным коэффициентом заполнения, не требуя понижения управляющего напряжения до истинного потенциала земли. Ширина выходного импульса изменяется от 97% периода до 0, так как напряжение на выходе усилителя ошибки изменяется от 0,5 В до 3,5 В соответственно.
Усилители ошибки
Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают напряжение смещения от шины питания VI. Это позволяет использовать синфазное входное напряжение в диапазоне от –0,3 В до 2 В ниже VI. Оба усилителя ведут себя как несимметричные усилители с однополярным питанием, поскольку каждый выход активен только на высоком уровне. Это позволяет каждому усилителю работать независимо при уменьшении требуемой ширины выходного импульса. Когда оба выхода соединены по логике ИЛИ на инвертирующем входе компаратора ШИМ, доминирует усилитель, требующий минимального выходного импульса. Выходы усилителя подтянуты к низкому уровню генератором тока, чтобы обеспечить максимальную ширину импульса, когда оба усилителя отключены.
Управление выходом (OUTPUT CTRL)
Вывод OUTPUT CTRL определяет, работают ли выходные транзисторы параллельно или в в двухтактном режиме. Этот вход является источником питания для D-триггера. Вывод OUTPUT CTRL является асинхронным и управляет напрямую выходом, независимо от генератора или D-триггера. Входные условия должны быть четко зафиксированы, определяемым применением. Для параллельной работы выходных транзисторов OUTPUT CTRL должен быть заземлен. При этом отключается D-триггер и его выходы. В этом режиме импульсы, наблюдаемые на выходе компаратора мертвого времени / ШИМ, передаются обоими выходными транзисторами параллельно. Для двухтактного режима вывод OUTPUT CTRL должен быть соединен с источником опорного напряжения 5 В. В этом состоянии каждый из выходных транзисторов поочередно активируется D-триггером.
Выходные транзисторы
В TL494 имеются два выходных транзистора. Оба транзистора сконфигурированы как открытый коллектор / открытый эмиттер, и каждый может потреблять или потреблять до 200 мА. Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в конфигурации с общим эмиттером и менее 2,5 В в конфигурации эмиттерного повторителя. Выходы защищены от перегрузки, чтобы предотвратить выход из строя, но не имеют достаточного ограничения тока, чтобы позволить им работать как выходы источника тока.
Функциональные режимы устройства
Когда вывод OUTPUT CTRL подключен к земле, TL494 работает в однотактном или параллельном режиме. Когда вывод OUTPUT CTRL подтянут к VREF, TL494 работает в обычном двухтактном режиме.
Применение
В следующем примере TL494 используется для создания источника питания 5 В / 10 А. Эта схема была взята из примечания к приложению SLVA001.
- VI = 32 В
- VO = 5 В
- IO = 10 A
- fOSC = 20 кГц частота генератора
- VR = 20 мВ размах напряжения (VRIPPLE)
- ΔIL = 1.5 A изменение тока индуктивности
Этапы проектирования подробно
Источник питания
В источнике постоянного тока 32 В для этого блока питания используется трансформатор с входным напряжением на 120 В и выходным на 24 В номинальной мощностью 75 ВА. Вторичная обмотка 24 В питает двухполупериодный мостовой выпрямитель, за которым следует токоограничивающий резистор (0,3 Ом) и два фильтрующих конденсатора (см. Рисунок 10).
Выходной ток определяется по формулам 6 и 7:
VRECTIFIER = VSECONDARY × √2 = 24 В × √2 = 34 В (6)
IRECTIFIER(AVG) ≈ (VO × IO)/ VI ≈ (5 В × 10 А)/ 32 В = 1.6 А (7)
Двухполупериодный мостовой выпрямитель 3 A / 50 В удовлетворяет этим расчетным условиям. На Рисунке 9 показаны секции переключения и управления.
Цепи управления
Генератор
Подключение внешнего конденсатора и резистора к выводам 5 и 6 задает частоту генератора TL494. Генератор настроен на работу на частоте 20 кГц с использованием значений компонентов, рассчитанных по формулам 8 и 9:
fOSC = 1/(RT×CT) (8)
Выберем CT = 0,001 мкФ и рассчитаем RT:
RT = 1/(fOSC×CT) = 1/((20 × 103)×(0,001 × 10-6)) = 50 кОм (9)
Усилитель ошибки
Усилитель ошибки сравнивает сигнала с эталоном от источника опорного напряжения 5В и регулирует ШИМ для поддержания постоянного выходного тока (см. Рисунок 11).
Напряжение в 2,5 В формируется делителем на резисторах R3 и R4 от источника опорного напряжения VREF = 5 В. Сигнал ошибки выходного напряжения в 2,5 В также формируется делителем на резисторах R8 и R9. Если выходной сигнал должен быть установлен точно на уровне 5,0 В, для регулировки можно использовать потенциометр 10 кОм вместо резистора R8.
Чтобы повысить стабильность схемы усилителя ошибки, выходной сигнал усилителя ошибки подается обратно на инвертирующий вход через через резистор R7, уменьшая коэффициент усиления до 101.
Токоограничивающий усилитель
Источник питания был рассчитан на ток нагрузки 10 А и реактивный ток IL 1,5 А, поэтому ток короткого замыкания должен быть:
ISC = IO + IL/2 = 10,75 А (10)
Схема ограничения тока показана на Рисунке 12.
Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение приблизительно 1 В на инвертирующем входе усилителя ограничения тока. Резистор R13, включенный последовательно с нагрузкой, подает 1 В на неинвертирующий вход токоограничивающего усилителя, когда ток нагрузки достигает 10 А. Ширина выходного импульса соответственно уменьшается. Значение R13 рассчитывается по формуле 11.
R13 = 1В / 10А = 0,1 Ом (11)
Плавный пуск и мертвое время
Чтобы снизить нагрузку на переключающие транзисторы во время запуска, необходимо уменьшить пусковой выброс, возникающий при заряде конденсатора выходного фильтра. Наличие управления мертвым временем делает реализацию схемы плавного пуска относительно простой (см. Рисунок 13).
Схема плавного пуска позволяет медленно увеличивать ширину импульса на выходе (см. Рисунок 13), подавая сигнал с отрицательной крутизной на вход DTC (вывод 4).
В момент включения конденсатор C2 имеет минимальное сопротивление поэтому подтягивает вход DTC к источнику опорного напряжения 5 В, который отключает выходы (100% мертвое время). По мере того как конденсатор заряжается через R6, ширина выходного импульса медленно увеличивается, пока контур управления не примет команду. При соотношении резисторов 1:10 для R6 и R7 напряжение на выводе 4 после запуска составляет 0,1 × 5 В,
или 0,5 В.
Время плавного пуска обычно находится в диапазоне от 25 до 100 тактов. Если выбрано 50 тактов при частоте переключения 20 кГц, время плавного пуска будет:
t = 1/f = 1 / 20 кГц = 50 мкс на такт (12)
С2 = (время плавного пуска) / R6 = (50 мкс × 50 тактов) / 1 кОм = 2,5 мкФ (13)
Это помогает устранить любые ложные сигналы, которые могут создаваться схемой управления при подаче питания.
Расчет индуктивности
Используемая схема подключения показана на рисунке 14.
Необходимое значение индуктивности L рассчитывается по формулам:
d = коэффициент заполнения = VO/VI = 5 В/32 В = 0.156
f = 20 кГц (цель проектирования)
ton = время включения (S1 замкнут) = (1/f) × d = 7.8 мкс
toff = время выключения (S1 разомкнут) = (1/f) – ton = 42.2 мкс
L ≈ (VI – VO ) × ton/ΔIL ≈ [(32 В – 5 В) × 7.8 мкс ]/1.5 A ≈ 140.4 мкГн
Расчет выходной емкости
После расчета индуктивности фильтра рассчитывается емкость конденсатора выходного фильтра для удовлетворения требований к пульсациям на выходе. Электролитический конденсатор можно смоделировать как последовательно соединенные индуктивность, сопротивление и емкость. Чтобы обеспечить хорошую фильтрацию, частота пульсаций должна быть намного ниже частот, при которых последовательно подключенная индуктивность становится значимой. Итак, два интересующих компонента — это емкость и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Максимальное значение ESR рассчитывается в соответствии с соотношением между заданным размахом пульсаций напряжения и размахом пульсаций тока.
ESR(max) = ΔVO(ripple) / ΔIL = 0.1 В / 1.5 A ≈ 0.067 Ом (14)
Минимальная емкость C3, необходимая для поддержания пульсаций напряжения VO на уровне менее 100 мВ, рассчитывается в соответствии с уравнением 15:
C3 = ΔIL / 8fΔVO = 1.5 А / (8 × 20 × 103 × 0.1 В) = 94 мкФ (15)
Выбран конденсатор на 220 мФ, 60 В, потому что он имеет максимальное значение ESR 0,074 Ом и максимальный ток пульсаций 2,8 А.
Расчет мощности для транзисторного ключа
Мощный транзисторный ключ был построен с применением в качестве управляющего транзистора NTE153 pnp и выходного транзистора npn NTE331. Они образуют собой составной транзистор Дарлингтона (см. Рисунок 15).
hFE (Q1) при I от 3 A = 15 (16)
hFE (Q2) при I от 10 A = 5 (16)
 |
(18) |
Значение R10 рассчитывается по формуле:
 |
(19) |
R10 ≤ 207 Ом
На основании этих расчетов для R10 было выбрано ближайшее стандартное сопротивление резистора 220 Ом. Резисторы R11 и R12 позволяют разрядить носители зарядов в ключах транзисторах, когда они выключены.
Описанный источник питания демонстрирует гибкость схемы управления ШИМ на TL494. Эта конструкция блока питания демонстрирует многие методы управления блоком питания, обеспечиваемые TL494, а также универсальность схемы управления.
График выходных характеристик
Рекомендации по источнику питания
TL494 спроектирован для работы от питающего напряжения в диапазоне от 7 В до 40 В. Это напряжение должно хорошо стабилизироваться. Если источник питания расположен на расстоянии более нескольких дюймов от устройства, может потребоваться дополнительный конденсатор большой емкости в дополнение к керамическим байпасным конденсаторам. Танталовый конденсатор емкостью 47 мкФ будет в этом случае типовым решением, однако он может варьироваться в зависимости от выдаваемой выходной мощности.
Печатная плата
Рекомендации по проектированию печатной платы
Всегда старайтесь использовать индуктивность с низким уровнем электромагнитных помех с ферритовым сердечником закрытого типа. Такими примерами могут быть индуктивности с тороидальным сердечником и сердечником типа E. Открытые сердечники могут использоваться, если они имеют низкие характеристики электромагнитных помех и расположены немного дальше от трасс и компонентов с низким энергопотреблением. Также старайтесь расположить полюса перпендикулярно печатной плате, если используете открытый сердечник. Цилиндрические сердечники обычно издают самый нежелательный шум.
Обратная связь
Постарайтесь проложить трассу обратной связи как можно дальше от катушки индуктивности и зашумленных цепей питания. Старайтесь, чтобы трасса обратной связи была как можно более прямой и широкой. Эти два требования иногда требуют компромисса, но требование держаться подальше от электромагнитных помех катушки индуктивности и других источников шума является более важным из них. Прокладывайте трассу обратной связи на стороне печатной платы, противоположной катушке индуктивности, с земляным полигоном разделяющим их.
Входные / выходные конденсаторы
При использовании небольшого керамического конденсатора для входного фильтра его следует располагать как можно ближе к выводу VCC микросхемы. Это устранит как можно больше эффектов индуктивности дорожек и обеспечит более чистое напряжение питания внутренней шины микросхемы. Некоторые проекты требуют использования проходного конденсатора, подключенного от выхода к выводу «feedback», как правило, из-за требований к стабильности. В этом случае его также следует расположить как можно ближе к микросхеме. Использование конденсаторов для поверхностного монтажа также уменьшает длину проводов и снижает вероятность попадания шума в действующую антенну, создаваемую выводными компонентами.
Компоненты сглаживающего фильтра
Компоненты сглаживающего фильтра для стабильности также следует размещать рядом с микросхемой. Компоненты для поверхностного монтажа здесь также предпочтительнее по тем же причинам, что и конденсаторы фильтра. Они также не должны располагаться очень близко к катушке индуктивности.
Трассы и земляные полигоны
Сделайте все силовые (сильноточные) трассы как можно более короткими, прямыми и толстыми. На стандартной печатной плате хорошей практикой является создание дорожек с абсолютным минимумом 15 мил (0,381 мм) на ампер. Катушка индуктивности, выходные конденсаторы и выходной диод должны располагаться как можно ближе друг к другу. Это помогает уменьшить электромагнитные помехи, излучаемые цепями питания из-за высоких коммутируемых токов через них. Это также снизит индуктивность и сопротивление выводов, что, в свою очередь, уменьшит всплески шума, звон и резистивные потери, которые вызывают ошибки напряжения. Заземление микросхемы, входные конденсаторы, выходные конденсаторы и выходной диод (если он есть) должны быть подключены как можно ближе друг к другу и непосредственно к шине земли. Также было бы неплохо иметь слой земли с обеих сторон печатной платы. Это также снизит шум за счет уменьшения ошибок контура заземления, а также за счет поглощения большего количества электромагнитных помех, излучаемых катушкой индуктивности. Для многослойных плат с более чем двумя слоями земляной слой может использоваться для разделения слоя питания (где находятся трассы питания и компоненты) и сигнального слоя (где располагаются обратная связь, фильтр и компоненты) для повышения производительности. На многослойных платах потребуется использование переходных отверстий для соединения дорожек и различных слоев. Хорошей практикой является использование одного стандартного перехода на 200 мА тока, если трассе потребуется провести значительный ток от одного слоя к другому. Расположите компоненты так, чтобы петли тока переключения изгибались в одном направлении. В зависимости от способа работы импульсных регуляторов существует два состояния питания. Одно состояние, когда переключатель включен, и одно состояние, когда переключатель выключен. Во время каждого состояния будет токовая петля, созданная силовыми компонентами, которые в это время проводят ток. Расположите силовые компоненты так, чтобы во время каждого из двух состояний токовая петля имелась в одном направлении. Это предотвращает инверсию магнитного поля, полученную от трасс между двумя полупериодами и
снижает излучаемые электромагнитные помехи.
Пример трассировки печатной платы
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
3 часа назад, Stanislau сказал:
Объясните…
Машинный перевод:
Схема представляет собой линейный стабилизатор напряжения на основе полевого МОП-транзистора с падением напряжения всего 60 мВ при 1 амперах. Падение на меньшее количество милливольт возможно с лучшими полевыми МОП-транзисторами, имеющими более низкое сопротивление RDS (on).
Рис.1
Схема на рисунке 1 использует вторичный выход 15–0–15 В от понижающего трансформатора и использует n-канальный полевой МОП-транзистор IRF540 для получения регулируемого выхода 12 В от входа постоянного тока, который может составлять всего 12,06 В. Напряжение управления затвором, необходимое для полевого МОП-транзистора, генерируется с помощью схемы удвоения напряжения, состоящей из диодов D1 и D2 и конденсаторов C1 и C4. Чтобы полностью включить полевой МОП-транзистор, клемма затвора должна быть примерно на 10 В выше клеммы источника, которая здесь подключена к выходу. Удвоитель напряжения подает это напряжение на затвор через резистор R1. Регулируемый шунтирующий стабилизатор TL431 (IC2) используется здесь как усилитель ошибки и динамически регулирует напряжение затвора для поддержания стабилизации на выходе.
При наличии подходящего радиатора для полевого МОП-транзистора схема может обеспечивать выходной ток до 3 А при немного повышенном минимальном падении напряжения. Подстроечный резистор VR1 в схеме используется для точной регулировки выходного напряжения. Комбинация конденсатора C5 и резистора R2 обеспечивает компенсацию ошибки усилителя.
Схема снабжена защитной от короткого замыкания на выходе. Эта защита будет работать следующим образом: при нормальных рабочих условиях напряжение на конденсаторе C3 будет 6,3 В, а диод D5 будет в выключенном состоянии, поскольку он будет иметь обратное смещение с выходным напряжением 12 В. Однако во время короткого замыкания на выходе выходной сигнал мгновенно падает, в результате чего D5 начинает проводить, и срабатывает опто-симистор MOC3011 (IC1), сбрасывая напряжение затвора на землю и, таким образом, ограничивая выходной ток. Цепь останется зафиксированной в этом состоянии, и входное напряжение должно быть отключено для сброса цепи.
Ссылка.
ЗЫ: Номиналы резисторов R1 и R3, на вашей схеме, оказались завышены художником, который её перерисовывал.
Изменено 1 декабря, 2021 пользователем Алебастр