Источники опорного напряжения

Источник опорного напряжения - определение

Источники опорного напряжения (ИОН) – специализированные элементы силовой электроники, формирующие стабильное выходное напряжение, уровень которого является опорным для различных узлов устройства. ИОНы – это своеобразные «кварцевые генераторы» эталонного выходного напряжения, которое используется в качестве напряжения сравнения в ШИМ-генераторах, различных компараторных устройствах измерительных блоках и т.д.[Интегральные источники опорного напряжения. Михаил Пушкарев. КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. №6. 2007. с. 71-76].

Основное требование к источникам опорного напряжения – высокая стабильность выходного напряжения. Стабильность по отношению к входному напряжению, температурная и временная стабильность. По внутреннему принципу работы ИОНы подразделяются на а – стабилитронные, б – на ширине запрещенной зоны, в – на XFET-ячейке. По схемотехнике включения – на параллельные и последовательные.

ИОН TL431 - «регулируемый стабилитрон»

Наиболее популярным параллельным ИОН является «регулируемый стабилитрон» TL431. Внутренняя структура TL431 и условное обозначение представлены на рисунке VR.1.

Внутри TL431 находится компаратор один их входов которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой подключен выводу Ref «программируемого стабилитрона». Компаратор управляет биполярным транзистором параллельно которому включен обратный диод. Если напряжение на входе R превышает напряжение внутреннего опорного источника, то компаратор открывает транзистор. Если напряжения на катоде и управляющем входе Refсвязаны (например, через резисторный делитель), то возникает отрицательная обратная связь обеспечивающая свойство стабилизации напряжения между катодом и анодом.

Принцип работы схемы представленной на рисунке VR.2 заключается в следующем. Если напряжение на выходе резисторного делителя R1R2 превышает опорное напряжение стабилитрона, то стабилитрон приоткрывается и ток через токоограничивающий резистор увеличивается. Соответственно напряжение между катодом и анодом стабилитрона уменьшается и устанавливается на некотором стабильном уровне определяемом коэффициентом деления резисторного делителя R1R2. Аналогично работают и другие схемы на основе «программируемого стабилитрона».

Основные параметры ИОН

1. Выходное напряжение (напряжение стабилизации, опорное напряжение) (Reference voltage) - V_ref – пороговое напряжение между теми или иными входами ИОН, при котором срабатывает схема стабилизации.

2. Отклонение выходного напряжения от номинального значения (Deviation of reference input voltage) V_I(dev) – абсолютное отклонение напряжения от уровня порогового напряжения V_ref. Обычно указывается во всем диапазоне температур. Этот параметр характеризует стабильность ИОН.

3. Температурный коэффициент выходного напряжения (temperature coefficient of thereference input voltage) α_Vref - относительное отклонение выходного (опорного) напряжения под действием изменения температуры.

4. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к напряжению питания (Ratio of change in reference voltage to the change in cathode voltage) ΔVref/ΔV_KA – показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению напряжения катод-анод (для параллельных ИОН) или входного напряжения (для последовательных ИОН).

5. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к протекающему по ИОН току нагрузки - показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению тока в цепи катод-анод (для параллельных ИОН) или выходного тока (для последовательных ИОН).

6. Максимальное входное напряжение (для последовательных ИОН), напряжение катод-анод (для параллельных ИОН) (Cathode voltage) V_KA – максимальное входное напряжение ИОН / напряжение между катодом и анодом ИОН.

7. Максимальный постоянный ток нагрузки ИОН, ток катода для последовательных ИОН (Continuous cathode current range) I_KA – максимальное значение постоянного тока в цепи нагрузки ИОН.

8. Минимальный входной ток вывода Ref (Minimum cathode current for regulation) I_min– минимальный уровень входного тока вывода Ref При котором обеспечивается стабилизация выходного напряжения.

9. Ток утечки ИОН в непроводящем состоянии (ток катода для параллельных ИОН) (Off-state cathode current) I_off – выходной ток (ток катода) при выключенном стоянии ИОН.

10. Максимальная температура кристалла (Operating virtual junction temperature) T_J .

Примеры использования ИОН

Примеры использования ИОН TL431 представлены на рисунке VR.3.