Czy TL431 ma „zanikające napięcie” per se?

Chcę uzyskać stabilne napięcie odniesienia 3 V przy zasilaniu + 3,3 V ± 5% (aby mogło ono osiągnąć tak niskie napięcie jak 3,135 V i tak wysokie jak 3,465 V.)

Wiem, że TL431 jest regulatorem bocznikowym / Zenera, więc tak naprawdę nie ma spadku napięcia, ale prawdopodobnie istnieje punkt powyżej 3V, w którym nie może utrzymać wyjściowej wartości 3V. Chcę wiedzieć, czy typowy TL431 będzie w stanie sobie z tym poradzić?

Moja konfiguracja obwodu jest poniżej:

         115R
+3.3V-+-/\/\/\---+----------+-------+-- 3V out
      |          |          |       |
     --- 100n    /          |      --- 4.7u
     --- 16V     \ 634R     |      --- 10V
      |          /       ___|__|    |
     ---         |       | / \     ---
      -          +--------/___\     -
                 |          |
                 /          |
                 \ 3.16k    |
                 /          |
                 |          |
                ---        ---
                 -          -

Jako takie nie występuje napięcie zanikające. Napięcie referencyjne wynosi 2,5 V, a przy zwarciu styku odniesienia z katodą będzie ono działało szczęśliwie przy 2,5 V. Ważną specyfikacją do rozważenia jest prąd bocznikowy.

Musisz upewnić się, że co najmniej 1 mA promuje urządzenie. (Na podstawie arkusza danych TI.) Z obwodu, przy 115R i minimalnym spadku napięcia 3,133 - 3 = 0,135, skończy się prądem bocznikowym 0,135 / 115 = 1,1 mA. Jednak dzielnik napięcia, który ma rezystor całkowity około 3,7 kR, zużyje prawie 1 mA, nie pozostawiając wystarczająco dużo dla TL431. Musisz także dodać prąd, który ładujesz, ale jeśli jest to wysoka impedancja - powiedzmy do wzmacniacza operacyjnego - nie powinno to stanowić problemu.

Możesz to naprawić, zwiększając wartość rezystorów dzielnika napięcia. Powiedzmy, że pomnożymy je przez dziesięć, aby uzyskać 6,34k i 31,6k. Maksymalny prąd wejściowy na pin referencyjny jest podawany jako 4 uA, co może zacząć powodować błędy w wartości zadanej (w zależności od tego, jak dokładny będzie Vout). Najgorszy przypadek błędu wyniesie około 4uA * 6,34k lub 25 mV.

Ostatnią rzeczą, którą należy wziąć pod uwagę, jest maksymalny prąd bocznikowy. Gdy napięcie wejściowe osiągnie wartość maksymalną, rezystor 115R będzie miał napięcie 0,465 V. Oznacza to, że prąd bocznikowy (łącznie z dzielnikiem napięcia i obciążeniem) wyniesie 0,465 / 115 = 40 mA. Na szczęście mieści się to w granicach maks. 100 mA 431.

Ponieważ wciąż jesteśmy znacznie poniżej maksymalnego prądu bocznikowego, można rozważyć zmniejszenie rezystora szeregowego - powiedzmy też 56R. Pomoże to zaspokoić minimalny prąd bocznikowy bez zmiany dzielnika napięcia i nadal pozostanie poniżej maksymalnego prądu znamionowego bocznikowego, gdy napięcie wejściowe osiągnie maksimum. Przy wyższym prądzie należy również sprawdzić rozpraszanie mocy. 100 mA * 3 V daje maksymalną moc wyłączenia 300 mW. Dla niektórych małych pakietów smd, które stają się nieco za wysokie.

Podstawowy problem związany z optymalizacją obwodu w obecnym stanie polega na tym, że napięcie na rezystorze szeregowym jest zbyt niskie, a wszelkie zmiany napięcia zasilającego stanowią dużą zmienność na oporniku szeregowym.

Jeśli nie możesz (jak zasugerowano w komentarzach) zmarnować prąd, być może będziesz musiał rozważyć podejście różnicowe. Albo regulator szeregowy (będzie wytrzymały tylko przy zaniku napięcia 100mV), zmniejsz napięcie odniesienia lub zwiększ napięcie zasilania do rezystora szeregowego.

Należy również pamiętać, że TL431 ma maksymalny prąd opadający, powyżej którego napięcie nie będzie już regulowane (a urządzenie może ulec uszkodzeniu). Z 3,3 V i 115R nie będziesz się nigdzie blisko.

Na ogół zaleca się również, aby mieć mały kondensator od katody do anody, ze względu na stabilność. (431s może i robi oscylacje). „Bezpieczny” zakres kondensatora zależy od wartości zadanej i jest zwykle określony w arkuszu danych. Polecam coś od 1nF do 10nF i sprawdzam, czy wyjście nie jest piłokształtne.

Należy pamiętać, że nie wszyscy producenci mają krzywe regionu stabilności, ale z mojego doświadczenia wynika, że ​​krzywe w arkuszu danych LM431 firmy National Instruments są prawdziwe dla regulatorów 431 innych dostawców (TI, ON Semi, Fairchild itp. Itd. Itd.)