Микросхема TL431 существует уже почти 50 лет. В течение десятилетий это устаревшее устройство, изначально продававшееся как прецизионный регулируемый параллельный стабилизатор, нашло применение и в альтернативных приложениях. К ним относятся компараторы напряжения, аудиоусилители, источники тока, устройства защиты от перенапряжения и т. д. К сожалению, почти в каждом примере из этого огромного зверинца схем вывод «анод» микросхемы 431 постигает одна и та же участь. Он заземляется.
Стабилизация источника втекающего тока
Представленная здесь схема предлагает бедному, гонимому выводу более жизнерадостную роль, Рисунок 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Плавающий анод служит чувствительным выводом для активного регулирования втекающего тока. |
Блок-схема на Рисунке 1 показывает, как работает 431 на концептуальном уровне. На этой схеме вытекающий ток
при изменении VC от 2.5 до 3.5 В;
VS < 37 В, IS < 100 мА, IS(VS – R1·IS) < 500 мВт при температуре окружающей среды 50 °C.
Последовательное соединение прибавляет напряжение внутреннего прецизионный опорного источника 2.5 В к внешнему входному напряжению на выводе АНОД. Операционный усилитель вычитает эту сумму из входного напряжения на выводе REF, затем усиливает результат и подает разность на проходной транзистор. Если разность положительна (сумма больше напряжения на выводе REF), транзистор включается и шунтирует ток, идущий от КАТОДА к АНОДУ. В противном случае (сумма меньше напряжения на выводе REF) транзистор выключается.
Если микросхема 431 включена традиционным способом (вывод REF подключен к КАТОДУ, а АНОД заземлен), схема работает так, как и должен работать параллельный регулятор напряжения, поддерживая на КАТОДЕ запрограммированное цепочкой резисторов напряжение, пропорциональное напряжению внутреннего опорного источника 2.5 В. Но что произойдет, если вывод REF будет подключен к постоянному управляющему напряжению VC > 2.5 В, а АНОД, вместо того, чтобы быть заземленным, будет свободно висеть на токоизмерительном резисторе R1?
А произойдет то, что вместо напряжения будет регулироваться ток. Поскольку напряжение VC фиксировано и не может быть уменьшено, чтобы выполнить условие REF = АНОД + 2.5 В, напряжение на АНОДЕ должно быть увеличено до значения, при котором будет достигнуто это равенство. Для этого необходимо, чтобы
Стабилизация втекающего тока, пропорционального 1/R1
 |
|
| Рисунок 2. | Бустерный транзистор Q1 может выдерживать ток и напряжение, превышающие максимальные значения, допустимые для микросхемы 431, а делитель напряжения 3.5 В программирует постоянный ток IS. |
На Рисунке 2 показано, как с помощью фиксированного делителя напряжения можно (при условии, что шина 5 В достаточно точна) использовать плавающий анод регулятора Z1 для стабилизации постоянного втекающего тока:
Здесь также показано добавление бустерного транзистора Q1 для решения задач, требующих тока или мощности, выходящих за скромные пределы возможностей микросхемы Z1 в корпусе TO-92. Обратите внимание, что точность стабилизации Z1 не пострадает, поскольку любая часть тока IS, которая ответвляется в Q1 в обход регулятора Z1, суммируется обратно перед прохождением через резистор R1.
Программирование втекающего тока с помощью ЦАП
 |
|
| Рисунок 3. | ЦАП управляет током IS. Сигнал ЦАП инвертируется, а регулятор Z2 обеспечивает необходимый сдвиг уровня. |
На Рисунке 3 показан способ цифрового программирования тока IS с помощью 2.5-вольтового сигнала ЦАП. Обратите внимание, что сигнал ЦАП инвертирован (ток IS максимален при VX = 0), а Z2 обеспечивает необходимый сдвиг уровня:
при изменении VX от 2.5 В до 0.
Программирование втекающего тока, пропорционального D/R1, с помощью ЦАП
 |
|
| Рисунок 4. | ШИМ-управление током IS, который численно равен отношению коэффициента заполнения ШИМ к сопротивлению R1. |
На Рисунке 4 показан альтернативный метод программирования с использованием ШИМ, когда IS = D/R1, где D – коэффициент заполнения ШИМ, принимающий значения от 0 до 1 (от 0% до 100%):
при D = 0 … 1,
Исходим из 8-битного разрешения ШИМ и частоты 10 кГц. Однополюсный сглаживающий фильтр R2C1, имеющий постоянную времени, примерно в 64 раза превышающую период ШИМ (предполагается 10 кГц = 100 мкс), обеспечивает пиковый уровень пульсаций 1 LSB при времени установления 38 мс.
Снижение времени установления
Одним из недостатков схемы на Рисунке 4 является большое время установления (порядка 40 мс до уровня 8-битной точности), обусловленное однополюсным фильтром пульсаций R1C1. Если дополнительный резистор и конденсатор не подорвут бюджет, это время можно уменьшить примерно в 5 раз (приблизительно до 8 мс) с помощью цепочки R5C2 на Рисунке 5, обеспечивающей фильтрацию второго порядка с аналоговым вычитанием [1].
 |
|
| Рисунок 5. | Добавление элементов R5 и C2 обеспечивает более быстрое установление при использовании фильтра пульсаций 2-го порядка. |
Применение программируемой схемы источника втекающего тока
Наконец, на Рисунке 6 показана схема из Рисунка 4 в сочетании с недорогим 24-ваттным сетевым адаптером и стабилизатором напряжения 5 В для питания небольшой цифровой испытательной системы. Убедитесь в том, что радиатор для транзистора Q1 имеет достаточные размеры.
 |
|
| Рисунок 6. | Комбинация источника втекающего тока и небольшого источника питания системы, где максимальные значения тока IS и напряжения VS равны 1 А и 20 В, соответственно, и IS = D. |
Ссылка
- Stephen Woodward. Подавитель пульсаций ШИМ ЦАП с аналоговым вычитанием
Купить TL431 на РадиоЛоцман.Цены
