In questo articolo apprendiamo come funziona normalmente un IC regolatore shunt nei circuiti SMPS. Prendiamo l'esempio del popolare dispositivo TL431 e cerchiamo di comprenderne l'uso nei circuiti elettronici attraverso alcune delle sue note applicative.
Specifiche elettriche
Tecnicamente il dispositivo TL431 è chiamato regolatore shunt programmabile, in termini semplici può essere inteso come un diodo zener regolabile.
Impariamo di più sulle sue specifiche e note applicative.
Al TL431 vengono attribuite le seguenti caratteristiche principali:
- Tensione di uscita impostabile o programmabile da 2.5V (riferimento minimo) fino a 36 volt.
- Impedenza di uscita a bassa dinamica, intorno a 0,2 Ohm.
- Capacità di gestione della corrente di sink fino a un massimo di 100mA
- A differenza dei normali zener, la generazione di rumore è trascurabile.
- Risposta di commutazione fulminea.
Come funziona l'IC TL431?
Il TL431 è un regolatore di tensione regolabile o programmabile simile a un transistor a tre pin (come BC547).
La tensione di uscita può essere dimensionata utilizzando solo due resistori sui pin out specificati del dispositivo.
Lo schema seguente mostra lo schema a blocchi interno del dispositivo e anche le designazioni dei pin.
Il diagramma seguente indica i pin out del dispositivo effettivo. Vediamo come questo dispositivo può essere configurato in pratici circuiti.
Esempi di circuiti utilizzando TL431
Il circuito sotto mostra come il dispositivo di cui sopra TL431 può essere utilizzato come un tipico regolatore shunt.
La figura sopra mostra come con l'aiuto di solo un paio di resistori il TL431 può essere cablato come regolatore shunt per la generazione di uscite comprese tra 2,5 V e 36 V. R1 è un resistore variabile che viene utilizzato per regolare la tensione di uscita.
Il resistore in serie all'ingresso positivo di alimentazione può essere calcolato utilizzando la legge di Ohm:
R = Vi / I = Vi / 0,1
Qui Vi è l'ingresso di alimentazione che deve essere inferiore a 35 V. 0,1 o 100 mA è la specifica della corrente di derivazione massima dell'IC, e R è il resistore in ohm.
Calcolo delle resistenze del regolatore di shunt
La seguente formula vale per acquisire i valori dei vari componenti utilizzati per il fissaggio della tensione di derivazione.
Vo = (1 + R1 / R2) Vref
Nel caso in cui sia necessario utilizzare un 78XX insieme al dispositivo, è possibile utilizzare il seguente circuito:
La massa del catodo TL431 è collegata al pin di terra del 78XX. L'uscita del 78XX IC è collegata alla rete del divisore di potenziale che determina la tensione di uscita.
Le parti possono essere identificate tramite la formula mostrata nello schema.
Le configurazioni di cui sopra sono limitate a una corrente massima di 100 mA in uscita. Per ottenere una corrente maggiore può essere utilizzato un buffer a transistor, come mostrato nel circuito seguente.
Nel diagramma sopra la maggior parte del posizionamento delle parti è simile al progetto del primo regolatore shunt, tranne per il fatto che qui il catodo è dotato di un resistore a positivo e il punto diventa anche il trigger di base del transistor buffer collegato.
La corrente di uscita dipenderà dall'entità della corrente che il transistor è in grado di affondare.
Nello schema sopra possiamo vedere due resistenze i cui valori non sono menzionati, una in serie alla linea di alimentazione in ingresso, un'altra alla base del transistor PNP.
Il resistore sul lato di ingresso limita la corrente massima tollerabile che può essere assorbita o deviata dal transistor PNP. Questo può essere calcolato nello stesso modo discusso in precedenza per il primo diagramma del regolatore TL431. Questo resistore protegge il transistor dalla combustione a causa di un cortocircuito in uscita.
Il resistore alla base del transistor non è critico e può arbitrariamente selezionare qualsiasi cosa tra 1k e 4k7.
Aree di applicazione dell'IC TL431
Sebbene le configurazioni di cui sopra possano essere utilizzate in qualsiasi luogo in cui potrebbero essere richiesti riferimenti e impostazioni di tensione di precisione, oggigiorno è ampiamente utilizzata nei circuiti SMPS per generare una tensione di riferimento precisa per l'accoppiatore ottico collegato, che a sua volta richiede la regolazione del mosfet di ingresso dell'SMPS la tensione di uscita precisamente ai livelli desiderati.
Per maggiori informazioni vai a https://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431A.pdf
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