TL431

آی‌سی TL431

(Adjustable Precision Shunt Voltage Regulator)

مشخصات فنی کلیدی:

• نوع قطعه: رگولاتور ولتاژ شنت (Shunt Voltage Regulator) قابل تنظیم.
• محدوده ولتاژ خروجی قابل تنظیم: از حدود 2.5 V تا 36 V.
• دقت ولتاژ مرجع (Reference Voltage): معمولاً ±0.5% در دمای 25 °C، که دقت بسیار خوبی برای یک قطعه با قابلیت تنظیم است.
• راندمان کاری: دارای قابلیت تنظیم جریان کاتد (Ik) از 1 mA تا 100 mA.
• امپدانس خروجی: بسیار پایین، در حدود 0.2 Ω.
• جریان ورودی مورد نیاز برای شروع به کار (Starting Current): بسیار کم، حدود 1 mA.
• دمای کاری: -40°C تا +125°C (بسته به نوع پکیج و دیتاشیت سازنده).
• پکیج‌ها: موجود در پکیج‌های مختلف مانند TO-92 (سه پایه)، SOT-23 (سه پایه SMD)، SOIC (هشت پایه).

ساختار داخلی و نحوه عملکرد:

TL431 اساساً یک مرجع ولتاژ دقیق قابل تنظیم است. این آی‌سی دارای سه پایه است:

1. REF (Reference): پایه مرجع که ولتاژ خروجی نسبت به آن تنظیم می‌شود.
2. K (Cathode): پایه اصلی ورودی/خروجی که جریان از آن عبور می‌کند.
3. A (Anode): پایه زمین (Ground) یا نقطه مرجع مدار.

عملکرد آن به این صورت است که اگر ولتاژ پایه‌ی REF نسبت به پایه‌ی A از ولتاژ تنظیم شده (Vref) بیشتر شود، TL431 شروع به هدایت جریان از پایه‌ی K به A می‌کند. این هدایت تا زمانی ادامه می‌یابد که ولتاژ REF به سطح Vref برسد.

برای تنظیم ولتاژ خروجی، از یک مقسم ولتاژ خارجی (معمولاً دو مقاومت) بین پایه‌ی K (که به خروجی ولتاژ رگوله شده متصل است) و پایه‌ی A (زمین) استفاده می‌شود. ولتاژ در نقطه‌ی اتصال دو مقاومت به پایه‌ی REF اعمال می‌شود.

فرمول اصلی برای تنظیم ولتاژ خروجی (Vo) به صورت زیر است:

Vo=Vref×(1+R1R2)V_o = V_{ref} \times (1 + \frac{R1}{R2})Vo​=Vref​×(1+R2R1​)

که در آن:

• VrefV_{ref}Vref​ ولتاژ مرجع داخلی TL431 (معمولاً 2.5V).
• R1 مقاومت بین K و REF.
• R2 مقاومت بین REF و A.

کاربردها:

• مدارات تغذیه سوئیچینگ (SMPS): به عنوان مرجع ولتاژ در مدار فیدبک (Feedback) برای کنترل ولتاژ خروجی.
• رگولاتورهای خطی با دقت بالا: برای تثبیت ولتاژ خروجی.
• منابع تغذیه قابل تنظیم: ساخت منابع تغذیه با ولتاژ متغیر.
• شارژرهای باتری: برای کنترل دقیق ولتاژ شارژ.
• مدارات اندازه‌گیری ولتاژ.
• مدارات محافظتی ولتاژ (Over/Under Voltage Protection).

ویژگی‌های برجسته:

• قابلیت تنظیم دقیق ولتاژ خروجی: با استفاده از دو مقاومت خارجی.
• ولتاژ مرجع بسیار پایدار: دقت بالا و پایداری خوب در تغییرات دما و جریان.
• حداقل جریان راه‌اندازی کم: مناسب برای مدارهایی با مصرف توان پایین.
• امپدانس خروجی بسیار پایین: باعث می‌شود رگولاتور در مقابل تغییرات بار، تغییر ولتاژ کمی داشته باشد.
• مناسب برای مدارهای فیدبک در منابع تغذیه سوئیچینگ: به خصوص در بخش ثانویه برای ایزولاسیون.
• سهولت استفاده: با مدارهای خارجی ساده قابل پیاده‌سازی است.

نکات طراحی و استفاده:

• انتخاب مقاومت‌های R1 و R2: این مقاومت‌ها تعیین‌کننده ولتاژ خروجی نهایی هستند. باید طوری انتخاب شوند که جریان عبوری از مقاومت R2 (جریان ورودی به پایه REF) ناچیز باشد (معمولاً کمتر از 1 میکروآمپر). این موضوع باعث می‌شود فرمول Vo=Vref×(1+R1R2)V_o = V_{ref} \times (1 + \frac{R1}{R2})Vo​=Vref​×(1+R2R1​) با دقت بالایی صدق کند.
• جریان کاتد (Ik): TL431 برای شروع به کار و تنظیم ولتاژ، نیاز به جریان حداقل 1 میلی‌آمپر از پایه K به A دارد. در طراحی مدار، باید اطمینان حاصل شود که این جریان حداقل همیشه برقرار است.
• پایداری (Stability): در برخی کاربردها، به خصوص در منابع تغذیه سوئیچینگ که دارای اندوکتانس و خازن هستند، ممکن است نیاز به اضافه کردن یک خازن کوچک (مثلاً 0.01µF تا 0.1µF) بین پایه K و A باشد تا پایداری رگولاتور تضمین شود. این خازن به میرا کردن نوسانات کمک می‌کند.
• انتخاب پکیج: بسته به نیاز مدار (توان مصرفی، فضای موجود، نوع نصب)، پکیج مناسب (TO-92, SOT-23, SOIC) انتخاب می‌شود.
• محافظت: در مدارهایی که ممکن است ولتاژ بسیار بالایی به TL431 اعمال شود، باید از مدارهای محافظتی مانند دیود زنر یا مقاومت محدود کننده جریان استفاده کرد.

✅ خلاصه:

TL431 یک رگولاتور ولتاژ شنت دقیق و قابل تنظیم است که امکان ایجاد ولتاژ خروجی پایدار بین 2.5V تا 36V را با دقت بالا فراهم می‌کند. این قطعه با داشتن ورودی مرجع دقیق و جریان راه‌اندازی کم، یکی از اجزای کلیدی در مدارات فیدبک منابع تغذیه سوئیچینگ، مدارهای تغذیه خطی و مدارهای محافظتی به شمار می‌رود.