Смарт-ЭК - поставщик алюминиевых корпусов LinTai

Прецизионный программируемый источник втекающего тока

Diodes TL431

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.

Новое семейство LED-драйверов XLC компании MEAN WELL с дополнительными возможностями диммирования

Стабилизация источника втекающего тока

Представленная здесь схема предлагает бедному, гонимому выводу более жизнерадостную роль, Рисунок 1.

Плавающий анод служит чувствительным выводом для активного регулирования втекающего тока.
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

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.
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

ЦАП управляет током IS. Сигнал ЦАП инвертируется, а регулятор Z2 обеспечивает необходимый сдвиг уровня.
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

ШИМ-управление током IS, который численно равен отношению коэффициента заполнения ШИМ к сопротивлению R1.
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].

Добавление элементов R5 и C2 обеспечивает более быстрое установление при использовании фильтра пульсаций 2-го порядка.
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.

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.
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

  1. Stephen Woodward. Подавитель пульсаций ШИМ ЦАП с аналоговым вычитанием

Материалы по теме

  1. Datasheet Diodes TL431
  2. Datasheet Microchip TN0104
  3. Datasheet Texas Instruments LM7805
  4. Datasheet onsemi NJW21193G

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Precision programmable current sink

80 предложений от 36 поставщиков
Микросхемы питания.Тип: Регулируемый стабилизатор напряженияВходное напряжение: 2,5...36 ВВыходное напряжение: 2,5...36 ВВыходной ток: 1...100 мАДиапазон рабочих температур: -40…+125 °СТранспортная упаковка: размер/кол-во: 43.5*43.5*23/15000Вес...
TL431 HOTTECH SOT23
Hottech
от 1.20 ₽
Контест
Россия
TL431
Youtai
2.33 ₽
TL431CPKSOIC
Texas Instruments
по запросу
МосЧип
Россия
AS431S=TL431
по запросу
ТМ Электроникс. Электронные компоненты и приборы. Скидки, кэшбэк и бесплатная доставка
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя