TL431 là tham chiếu điện áp shunt có thể lập trình điều khiển điện áp bằng cách cảm biến và dòng chìm. Không giống như một zener cố định, nó sử dụng phản hồi để luôn chính xác khi các điều kiện thay đổi. Bài viết này giải thích chi tiết hoạt động, cấu trúc bên trong, chức năng chân và cách sử dụng mạch phổ biến của nó.
Tổng quan về TL431
TL431 là một tham chiếu điện áp shunt chính xác, có thể lập trình giúp giữ cho điện áp ổn định và chính xác trong nhiều mạch. Thay vì khóa điện áp ở một mức cố định, giống như một diode zener cơ bản, nó điều chỉnh hành vi của mình dựa trên phản hồi. Điều này làm cho TL431 linh hoạt hơn và giữ điện áp ổn định tốt hơn khi điều kiện thay đổi.
Bên trong TL431, điện áp trên chân REF được so sánh với tham chiếu bên trong khoảng 2.495 V. Khi điện áp REF vượt quá mức này, thiết bị cho phép nhiều dòng điện chạy qua cực âm của nó. Hành động này kéo voltage trở lại mức mong muốn. Bằng cách này, TL431 có thể hoạt động như một tham chiếu có thể điều chỉnh, một bộ điều chỉnh đơn giản hoặc một bộ phận điều khiển trong các đường phản hồi, giúp mạch luôn cân bằng và ổn định.
Sơ đồ khối nội bộ TL431
TL431 hoạt động như một bộ điều chỉnh shunt có thể điều chỉnh được xây dựng xung quanh tham chiếu bên trong chính xác và bộ khuếch đại lỗi độ lợi cao. Tham chiếu 2.5 V ổn định được tạo ra bên trong thiết bị và liên tục so sánh với điện áp đặt vào chân Tham chiếu. So sánh này xác định mức độ mạnh của phần tử điều khiển bên trong dẫn điện giữa cực âm và cực dương.
Khi điện áp chân tham chiếu tăng trên mức 2.5 V bên trong, bộ khuếch đại bên trong tăng độ dẫn điện ở cực âm. Điều này kéo dòng điện qua thiết bị và giảm điện áp bên ngoài được kết nối với thiết bị. Khi điện áp chân tham chiếu dưới 2.5 V, độ dẫn điện giảm, cho phép điện áp tăng trở lại. Hành động phản hồi này giữ cho điện áp cảm biến được điều chỉnh chặt chẽ.
Cực dương đóng vai trò là đường dẫn hiện tại, trong khi cực âm hoạt động giống như một chìm dòng điện được kiểm soát chứ không phải là một diode đơn giản. Bởi vì chân tham chiếu có thể được điều khiển bởi mạng điện trở bên ngoài, điểm điều chỉnh có thể được đặt trên 2,5 V, cho phép TL431 hoạt động như một phần tử điều khiển phản hồi hoặc tham chiếu điện áp có thể điều chỉnh chính xác trong mạch nguồn.
Chức năng sơ đồ chân và chân TL431
Sơ đồ chân TL431 nhóm nhiều chân vào cùng một nút bên trong, phản ánh cách thiết bị được xây dựng và sử dụng. Cực âm xuất hiện trên chân 1 và đóng vai trò là thiết bị đầu cuối điều khiển chính và chìm dòng điện. Chân này phản ứng với những thay đổi ở đầu vào tham chiếu và điều chỉnh dòng điện để điều chỉnh điện áp.
Một số chân được buộc vào cực dương, được hiển thị trên các chân 2, 3, 6 và 7. Các chân này chia sẻ cùng một kết nối bên trong và hoạt động như đường dẫn trở lại cho dòng điện. Sử dụng nhiều chân cực dương giúp cải thiện khả năng xử lý dòng điện và giảm điện trở, giúp hoạt động ổn định.
Chân tham chiếu nằm ở chân 8 và cung cấp đầu vào điều khiển để cài đặt mức điều chỉnh. Khi chân này đạt đến ngưỡng tham chiếu bên trong, thiết bị sẽ bắt đầu điều chỉnh. Chân 4 và 5 được đánh dấu là không được kết nối, có nghĩa là chúng không có chức năng bên trong và không nên sử dụng.
Thông số kỹ thuật và giới hạn điện TL431
| Tham số | Giá trị tiêu biểu | Tại sao điều này lại quan trọng |
|---|---|---|
| Điện áp tham chiếu bên trong | ≈ 2.495 V | Đặt khi TL431 bắt đầu điều khiển voltage |
| Phạm vi đầu ra có thể điều chỉnh | Lên đến ≈ 36 V | Xác định mức độ cao của điện áp đầu ra có thể được đặt |
| Phạm vi dòng điện cực âm | ~1 mA đến 100 mA (phụ thuộc vào biến thể) | Đảm bảo TL431 điều chỉnh chính xác |
| Trở kháng động | Rất thấp (sub-ohm) | Giúp giữ điện áp ổn định |
| Nhiệt độ hoạt động | –40 °C đến +125 °C (điển hình) | Cho phép hoạt động ổn định khi thay đổi nhiệt độ |
TL431 điều chỉnh điện áp bằng dòng điện chìm như thế nào?
TL431 kiểm soát điện áp bằng cách điều chỉnh lượng dòng điện mà nó kéo qua cực âm của nó. Khi điện áp ở chân REF cao hơn tham chiếu bên trong, thiết bị sẽ tăng dòng điện cực âm. Hành động này kéo điện áp được kiểm soát xuống thông qua các điện trở bên ngoài.
Khi điện áp chân REF giảm xuống dưới mức tham chiếu, TL431 sẽ giảm dòng điện cực âm. Với ít dòng điện được kéo hơn, điện áp đầu ra được phép tăng trở lại. Việc điều chỉnh qua lại này diễn ra liên tục để giữ cho điện áp ổn định.
Vì TL431 hoạt động bằng cách chìm dòng điện nên nó không thể tự điều chỉnh. Một điện trở hoặc nguồn dòng điện luôn cần thiết để cung cấp dòng điện để thiết bị có thể điều khiển điện áp đúng cách.
Cài đặt điện áp đầu ra TL431 với bộ chia điện trở
TL431 hoạt động như một tham chiếu có thể lập trình bằng cách cảm nhận một phần được chia của điện áp đầu ra thông qua mạng điện trở được kết nối với chân tham chiếu của nó. Các điện trở tạo thành một bộ chia điện áp chia tỷ lệ điện áp đầu ra xuống mức tham chiếu 2.5 V bên trong. Khi điện áp phân chia này đạt đến ngưỡng tham chiếu, TL431 bắt đầu dẫn điện và điều khiển mạch để giữ đầu ra ổn định.
Thay đổi các giá trị điện trở trực tiếp làm thay đổi điện áp đầu ra. Tăng điện trở trên làm tăng điện áp đầu ra, trong khi tăng điện trở dưới sẽ làm giảm điện áp. Mối quan hệ này cho phép cài đặt điện áp chính xác mà không cần thay đổi chính thiết bị, chỉ sử dụng các thành phần thụ động.
Yêu cầu dòng điện cực âm tối thiểu TL431
• TL431 phải chìm một lượng dòng điện cực âm tối thiểu để điều chỉnh đúng cách
• Khi dòng điện giảm quá thấp, voltage điều khiển trở nên yếu hoặc không ổn định
• Bộ phận kiểm soát nội bộ có thể mất hoạt động bình thường
• Điện áp đầu ra có thể trôi hoặc ngừng điều chỉnh dưới tải
Thiết kế điện trở dòng TL431
• Xác định điện áp đầu vào thấp nhất có sẵn cho mạch
• Đặt dòng điện tối đa mà tải sẽ rút ra
• Dự trữ đủ dòng điện cực âm để TL431 điều chỉnh chính xác
• Tính toán điện trở nối tiếp để nó có thể cung cấp cả dòng tải và dòng điện TL431
Kiểm tra tiêu tán điện năng
| Thành phần | Tính toán công suất |
|---|---|
| TL431 | PTL431 ≈ VKA X IK |
| Điện trở nối tiếp | PR ≈ (VIN -VOUT) X ITOTAL |
TL431 Cân nhắc về độ ổn định và dao động
TL431 hoạt động giống như một bộ khuếch đại điều khiển nhỏ bên trong mạch. Do đó, nó có thể trở nên không ổn định và bắt đầu dao động nếu các bộ phận xung quanh không được lựa chọn cẩn thận. Điện dung đầu ra, tụ điện ESR và lượng dòng điện cực âm đều ảnh hưởng đến mức độ ổn định của quy định.
Để cải thiện độ ổn định, một tụ điện nhỏ hoặc mạng RC thường được thêm vào để kiểm soát cách TL431 phản ứng với những thay đổi nhanh. Một số phiên bản TL431 mới hơn được chế tạo để ổn định với nhiều loại tụ điện đầu ra, giúp thiết lập mạch dễ dàng hơn.
Nếu độ ổn định không được xem xét, điện áp được điều chỉnhtage có thể hiển thị nhiễu, chập chờn hoặc âm thanh không mong muốn trong các mạch liên quan đến nguồn điện.
Sử dụng TL431 làm máy dò ngưỡng điện áp
TL431 có thể hoạt động như một thiết bị ngưỡng điện áp chính xác bằng cách xem điện áp được kết nối với chân REF của nó. Khi điện áp cảm nhận được này vượt qua mức cài đặt, dòng điện cực âm thay đổi nhanh chóng. Sự thay đổi rõ ràng này có thể được sử dụng để chỉ ra khi nào voltage quá thấp hoặc quá cao.
Bằng cách sử dụng TL431 theo cách này, cùng một thiết bị cung cấp cả hành động tham chiếu và điều khiển. Điều này giữ cho mạch đơn giản trong khi vẫn cung cấp khả năng phát hiện điện áp nhất quán và đáng tin cậy cho các chức năng giám sát và bảo vệ.
Điều khiển phản hồi TL431 trong mạch SMPS
• TL431 giám sát điện áp đầu ra bằng cách sử dụng bộ chia điện trở
• Thay đổi điện áp đầu ra ảnh hưởng đến dòng điện cực âm TL431
• Dòng điện cực âm điều khiển dòng điện thông qua đèn LED ghép quang
• Bộ ghép quang truyền tín hiệu phản hồi qua hàng rào cách ly
• Phản hồi này giúp giữ cho điện áp đầu ra ổn định trong các nguồn điện cách ly
Khái niệm cơ bản về lựa chọn biến thể TL431
| Nhu cầu lựa chọn | Những gì cần kiểm tra? |
|---|---|
| Độ chính xác cao | Cấp dung sai điện áp tham chiếu |
| Hoạt động dòng điện thấp | Đặc điểm kỹ thuật dòng điện cực âm tối thiểu |
| Hoạt động ổn định | Đánh giá độ ổn định tải điện dung |
| Kích thước gói | Tùy chọn TO-92, SOT-23 hoặc SOIC |
Kết luận
TL431 hoạt động bằng cách so sánh điện áp cảm biến với tham chiếu 2.5 V bên trong và điều chỉnh dòng điện cực âm để giữ cho điện áp ổn định. Hành vi của nó phụ thuộc vào các giá trị điện trở chính xác, đủ dòng điện cực âm và các bộ phận ổn định thích hợp. Khi các giới hạn này được tôn trọng, nó hoạt động đáng tin cậy như một tham chiếu, phần tử điều chỉnh, thiết bị ngưỡng và khối điều khiển phản hồi trong mạch nguồn.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
TL431 có thể thay thế diode zener không?
Có, nhưng chỉ trong các mạch có thể cung cấp dòng điện cực âm cần thiết. TL431 cần dòng điện phân cực và phản hồi để điều chỉnh, không giống như diode zener thụ động.
Điều gì xảy ra nếu dòng điện cực âm TL431 quá cao?
Dòng điện cực âm dư thừa gây quá nhiệt và mất điều chỉnh. Quá dòng liên tục có thể làm hỏng thiết bị vĩnh viễn.
TL431 có điều chỉnh ngay lập tức khi bật nguồn không?
Không. Quy định chỉ bắt đầu sau khi dòng điện cực âm đạt đến mức hoạt động tối thiểu và chân tham chiếu tiếp cận 2.5 V.
Nhiệt độ có ảnh hưởng đến độ chính xác của TL431 không?
Có. Thay đổi nhiệt độ làm thay đổi nhẹ điện áp tham chiếu bên trong. Sự thay đổi nhỏ nhưng quan trọng trong việc kiểm soát điện áp chính xác.
TL431 có thể xử lý các thay đổi tải nhanh không?
Chỉ khi mạch xung quanh ổn định. Bù kém hoặc điện dung đầu ra không chính xác có thể gây ra voltage tăng đột biến hoặc dao động.
Có thể kết nối song song nhiều thiết bị TL431 không?
Không. Song song trực tiếp gây ra chia sẻ dòng điện không đồng đều do chênh lệch tham chiếu nội bộ. Cần phải cân bằng bên ngoài.