Tl431 расчет: Источник опорного напряжения TL431 — chipenable.ru

alexxlabРазное

описание и проверка элемента мультиметром • Мир электрики

Содержание

  1. Схема включения и принцип работы
  2. Цоколевка и технические параметры
  3. Характеристика TL431
  4. Проверка стабилизатора
  5. Стабилизатор тока на tl431
  6. ЗУ для мобильного телефона

Выпуск интегральной микросхемы начался с далекого 1978 года и продолжается по сегодняшний день. Микросхема дает возможность изготовить различные виды сигнализации и зарядные устройства для повседневного применения. Микросхема tl431 нашла широкое применение в бытовых приборах: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 — это своего рода программируемый стабилизатор напряжения.

Схема включения и принцип работы

Принцип работы довольно прост. В стабилизаторе есть постоянная величина опорного напряжения, и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор будет закрыт и не допустит прохождение тока. Это отчетливо можно наблюдать на следующей схеме.

Если же эту величину превысить, регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток потечет дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже величины опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

Цоколевка и технические параметры

Операционный усилитель выпускается в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его сменил более новый вариант SOT-23. Ниже изображена распиновка и виды корпусов начиная с самого «древнего» и заканчивая обновлённой версией.

На рисунке можно наблюдать, что у tl431 цоколевка изменяется в зависимости от типа корпуса. У tl431 имеются отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Существуют и зарубежные аналоги tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, которые ничем не уступают отечественному варианту.

Характеристика TL431

Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 до 36В. Ток работы усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока не должна опускаться ниже 5 мА на входе. У тл431 имеется величина опорного напряжения,

которая определяется по 6-й букве в маркировке:

  • Если буквы нет, то точность равняется — 2%.
  • Буква А в маркировке свидетельствует о — 1% точности.
  • Буква В говорит о — 0,5% точности.

Более развернутая техническая характеристика изображена на рис.4

В описании tl431A можно увидеть, что величина тока довольна мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую рассеивают эти корпуса, не превышает сотен милливатт. Этого мало. Если предстоит работать с более серьезными токами, то будет правильнее воспользоваться мощными транзисторами с улучшенными параметрами.

Проверка стабилизатора

Сразу возникает уместный вопрос о том, как проверить tl431 мультиметром. Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром следует собрать схему. Для этого понадобятся: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

Резистор R3 необходимо подобрать таким образом, чтобы он ограничил ток до 20мА в цепи питания. Его номинал составляет примерно 100Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только напряжение будет 2,5 В на управляющем электроде, то переход светодиода откроется, и напряжение пойдет через него. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.

Источник постоянного тока — 5В является фиксированным, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, то диод не горит. После того как сопротивление изменяется при помощи подстроечного резистора, светодиод загорается. После этого мультиметр нужно включить в режим измерения постоянного тока и замерить напряжение на управляющем выводе, которое должно составлять 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать рабочим.

Стабилизатор тока на tl431

На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания нужной величины U этого понадобятся три резистора. Необходимо высчитать номинал запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести при помощи формулы: Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ). Согласно формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, величину R1 можно высчитать следующим образом: R1=R2( Uвых/Vref – 1 ). Регулируемый стабилизатор возможно включить тремя способами.

Необходимо учесть немаловажный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по той формуле, по которой рассчитывался номинал R2 и R2. В выходной каскад не стоит устанавливать полярный или неполярный электролит, во избежание помех на выходе.

ЗУ для мобильного телефона

Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.

Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения — следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается.

Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

  • DA1 – TL431K — если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
  • R1 – 2,2 Ом;
  • R2 – 470 Ом;
  • R3 – 100 кОм;
  • R4 – 15 кОм;
  • R5 – 22 кОм;
  • R6 – 680 Ом;
  • VT1, VT2 – BC857B;
  • VT3 – az431 или az339p ;
  • VT4 – BSS138.

Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице.

Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.

Разработка источника питания со входным напряжением 1000В на основе карбид-кремниевых транзисторов / Хабр

Не так давно удалось поучаствовать в разработке весьма интересной промышленной установки. Моей частью проекта был источник питания, работающий от довольно высокого напряжения – до 1000В.

Рассказываю про эту разработку.


Требования ТЗ


  • Входное напряжение 300-1000V DC
  • Возможность питания от переменного напряжения 220-750V AC
  • Выходное напряжение 24В
  • Выходная мощность 200Вт
  • Гальваническая развязка входа и выхода – 3кВ
  • Включение/отключение ИП по сигналу

Выбор топологии преобразователя

При выборе топологии удобно пользоваться утилитой Power Stage Designer от компании Texas Instruments.

Можно очень быстро рассчитать основные характеристики нескольких топологий и сравнить их. Впрочем, об этой утилите я написал целую статью.

Варианты топологий, которые были рассмотрены перед началом проектирования:


  • Full-Bridge
  • Phase Shifted Full-Bridge
  • Half-Bridge
  • LLC-Half-Bridge
  • Two Switch Forward
  • Active Clamp Forward

Full-Bridge и Phase Shifted Full-Bridge. Мостовые топологии я сразу исключил как не особо оптимальный выбор для заданного уровня мощности. Слишком много транзисторов.
Active Clamp Forward. На невысоких напряжениях у меня есть опыт разработки ИП на основе этой топологии. Но для такого высокого напряжения показалось слишком уж необычно – не хотелось получить непредвиденных экзотических проблем.
LLC-Half-Bridge. При таком диапазоне входных напряжений далеко не самая лучшая топология — есть трудности в реализации широкого диапазона регулирования.


Half-Bridge vs Two Switch Forward. Тут было о чём подумать, но в результате выбор пал на полумост. Двухтактная топология, в два раза меньшее напряжение на первичной обмотке трансформатора, а также лучший режим работы выходного дросселя показались мне критическими преимуществами.


Расчёт схемы

Первый эскизный расчёт в Power Stage Designer помогает определиться с общими параметрами схемы и режимами элементов:

Можно тыкнуть на любой элемент схемы и покрутив движки входного напряжения и тока нагрузки посмотреть режимы по току и напряжению. Это помогает быстро оценить энергетические характеристики преобразователя, склониться к выбору или наоборот отказаться от применения рассматриваемой топологии.

Например, силовой транзистор при максимальном входном напряжении:

При минимальном входном напряжении:

Видим, что действующий ток максимален при минимальном входном напряжении. Используя значение тока и сопротивления канала можно посчитать статические потери в ключе. Также смотрим максимальное напряжение на транзисторе (с оговоркой, что могут быть выбросы, которые данная тулза не показывает) — эти параметры помогут выбрать MOSFET.

Для расчёта вспомогательных элементов ШИМ-контроллера Тексасом предлагается расчётка в Excel:


Моделирование

Откровенно говоря, я не любитель слишком подробного моделирования, скорее сторонник подхода cut-and-try. Тем не менее, основные куски схемы весьма полезно промоделировать. На картинке почти полный перечень моделей, которые были сделаны при разработке данного проекта:

Тут есть модель силовой части полумоста, две модели флайбэка, которые были сделаны при начальной проработке структуры ИП и не пригодились (изначально хотели делать многоканальную схему питания), модель схемы начальной зарядки капа для старта (больше всего вариантов), модели схем контроля температуры и напряжения. Полезным тебе, дорогой читатель, будет пожалуй только модель полумоста, поэтому привожу ссылку.


Выбор элементов и разработка схемы

Входной конденсатор составной из трёх, соединённых последовательно. Не забывайте установить разравнивающие резисторы. Схема входного фильтра вместе с Bulk-конденсаторами:

Силовые ключи полумоста – карбид-кремниевые транзисторы C2M1000170D от Wolfspeed, в корпусе TO-247 чтобы проще было подобрать радиаторы. Драйверы для транзисторов 1EDC20I12AH от Infineon. Измерение тока по первичной стороне на трансформаторе тока P8208NLT. Силовой трансформатор на сердечнике PQ40/40, выходной дроссель на PQ26/20.

Источник питания для драйверов сделал по схеме push-pull на микросхеме UCC28084. Трансформатор на сердечнике EFD15/8/5:

Полумостовая схема диктует необходимость активного запирания ключей, сплиттер напряжений питания для драйверов (+15/-5) сделал по схеме из аппноута.

Выбор PWM-контроллера. Для управления был выбран контроллер UCC28251 от компании Texas Instruments. В отличии от LM5039, который тоже был в моём шорт-листе, UCC28251 имеет выводы встроенного усилителя ошибки, что удобно если необходимо установить PWM-контроллер на вторичной стороне источника питания. В своём дизайне я планировал установить ШИМ по первичной стороне, но при возникновении необходимости изменения структуры всегда полезно иметь дополнительный функционал в запасе.

Собственное питание решил сделать по схеме с самоподпиткой от дополнительной обмотки. Входное напряжение довольно высокое, к тому же широкий диапазон, поэтому разработал весьма интересную схему начальной зарядки. Схему не привожу, так как думаю получить патент, но общая идея в том, чтобы заряжать конденсатор по питанию ШИМ-контроллера стабильным током.

Обратная связь по напряжению на TL431 и оптроне:


Компоновка печатной платы

Общий концепт компоновки:

Возможно это будет интересно тем, кто не в теме — перед началом компоновки ПП проект выглядит следующим образом:

Остаётся только упихать всё это в контур платы. Вроде получилось неплохо:


Отладка опытного образца

Кроме мелких проблем вроде:


  • Последовательно индикаторному светодиоду на одном из питаний драйверов установил резистор 10 Ом, это коротило питание и долго не мог разобраться откуда КЗ — вроде светодиод зажигается и гаснет, но потом схема уходит в защиту
  • Диоды на выходе трансформатора тока установил на 30В, а там оказалось раза в три побольше и они сгорели
  • Так как диапазон входных напряжений довольно широкий, напряжение на обмотке самоподпитки тоже существенно гуляло и стабилизатор собственного питания, который был собран на транзисторе в корпусе sot-223 перегревался и пришлось заменить его на монстра в TO-220,

Возникли и более существенные неприятности:


  • Не работала схема включения внешней командой. Так как не было встроенного источника питания, а питание схема управления получала от дополнительной обмотки, то при отсутствии команды на включение всего ИП схема зарядки стартового конденсатора работала в «икающем» режиме и в результате при высоких напряжениях питания перегревалась.
  • Выброс на выходных выпрямительных диодах имел амплитуду около 400В. Пришлось установить в параллель диодам мощные демпфирующие цепи и 600-вольтовые диоды вместо 300-вольтовых (как закладывалось изначально)

Выброс на диоде (это уже с демпферной цепью):


В результате все проблемы удалось победить, пожертвовав командой на включение ИП. Стало понятно, что хорошо реализовать включение командой можно только при наличии внутреннего источника питания (дежурный источник). Я даже нарисовал концепт-дизайн этого источника:

Эта платка должна устанавливаться вертикально в основную плату. Если всё-таки понадобится включаться по команде обязательно добавлю во вторую итерацию ИП.

Опытный образец первой итерации:


Заключение

У меня не было цели описать полностью весь процесс разработки – показал только некоторые моменты. Если у вас появятся вопросы по этой разработке – задавайте в комментариях, буду рад ответить. Главное — всё заработало. Желаю чтобы и у вас в новом году всё работало — с наступающим!

Power is cool — deal with it.

TL431 Калькулятор — Калькулятор резистора обратной связи онлайн

Перейти к содержимому

Конвертеры и инструменты

Калькулятор TL431 — это один из полезных инструментов, который может помочь упростить процесс проектирования. Это популярный регулятор напряжения, который уже давно используется во многих различных электронных схемах. Его также называют регулируемым шунтирующим регулятором. Этот инструмент может быстро и точно рассчитать значения двух внешних резисторов, необходимых для установки фиксированного выходного напряжения TL431. 9Входные значения для Vo должны находиться в диапазоне от 2,5 до 36 В (другие входные данные могут давать неверные выходные значения).

Всегда проверяйте стандартное доступное значение резистора, или вы можете использовать индивидуальный резистор. Выберите более высокие значения R1, если это возможно, чтобы снизить энергопотребление.

Всегда используйте резистор с допуском 0,5 %, 1 % или 2 % в цепи обратной связи регулятора напряжения, чтобы обеспечить точное регулируемое выходное напряжение.

Калькулятор TL431 представляет собой онлайн-программу или онлайн-инструмент, который позволяет пользователям вводить желаемое выходное напряжение, которое должно быть снято с TL431, и вычислять требуемые значения внешних резисторов для достижения этого напряжения. Инструмент учитывает внутреннее опорное напряжение TL431, рассчитанное на 2,5 В.

С помощью вышеуказанного инструмента проектировщики и инженеры могут быстро и легко рассчитать значения резисторов без необходимости сложных математических формул или ручных вычислений.

Формула для регулируемого выходного напряжения:

Vo = 2,5 x (1 + R1/R2)
Где

R1 и R2 — резисторы обратной связи или шунтирующие резисторы. Резистор обратной связи или шунтирующий резистор предназначены для подачи опорного напряжения (Vref) на регулятор, на котором должно регулироваться выходное напряжение.

Подробнее о TL431
Техническое описание TL431

Использование онлайн-инструмента расчета резисторов TL431 номинал резистора R1. Затем инструмент калькулятора отобразит требуемые значения двух внешних резисторов.

Например, предположим, что вы хотите использовать TL431 для регулирования выходного напряжения источника питания до 12 В. Внутреннее опорное напряжение TL431 составляет 2,5 В. Используя калькулятор TL431, вы должны ввести 12 В для желаемого выходного напряжения. Выберите значение R1 выше 1 кОм, скажем (1 кОм). Затем инструмент калькулятора регулятора напряжения отобразит требуемые значения резисторов R2 (скажем, 3,8 кОм).

Одним из основных преимуществ использования онлайн-инструмента калькулятора TL431 является то, что он упрощает процесс проектирования и экономит время. Вместо того, чтобы вручную рассчитывать значения внешних резисторов, инструмент может быстро и точно предоставить значения, необходимые для достижения желаемого выходного напряжения.

Кроме того, инструмент может помочь предотвратить ошибки в расчетах, которые могут привести к сбоям в работе схемы или повреждению компонентов. Вводя требуемое выходное напряжение и внутреннее опорное напряжение TL431, инструмент может гарантировать, что номиналы резисторов рассчитаны правильно. Независимо от того, разрабатываете ли вы источник питания, зарядное устройство или драйвер светодиода, калькулятор регулятора напряжения TL431 может стать ценным активом в вашем наборе инструментов для проектирования.

Значение резистора для светодиодов — для ваших светодиодных проектов Калькулятор LM317 — онлайн-калькулятор внешнего резистора

Наверх

СМ Техника! 2022

Пожалуйста, помогите с расчетом шунта TL431

JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.

Статус
Эта старая тема закрыта. Если вы хотите повторно открыть эту тему, свяжитесь с модератором, нажав кнопку «Пожаловаться».

Перейти к последнему

#1