Classiques ou astucieux, les montages à bases du régulateur de tension TL431 sont nombreux et aideront à la conception électronique d'alimentations stabilisées, mais aussi de fonctions logiques de comparaison avec un seuil.
Description du régulateur TL431 (de Texas instruments)
Le TL431 est un régulateur parallèle à 3 pattes dont la stabilité en température lui permet des applications embarquées et militaires. La tension de sortie peut être ajustée entre Vref (2.50V) et 36V, avec seulement 2 résistances externes. L'impédance de sortie typique est de 0.2 Ohm. Le TL431 est un remplacement avantageux de la diode zener pour les alimentations stabilisées et à découpage.
Dès 0.4mA typique, la tension est stabilisée à 2.50V. Par sécurité, on fixera à 1mA minimum le courant pour garantir la tension de référence 2.50V.
Montage du TL431 en référence de tension (2.50V)
C'est le montage le plus simple qui fournit une tension de 2.50V. La résistance R doit assurer un courant minimum de 1mA dans le TL431, même au plus fort courant de sortie.
Régulateur TL431 monté en référence de tension 2.50V
Il s'utilise comme une diode zener 2.50V de précision.
Montage du TL431 en référence de tension variable (2.5V et plus)
La résistance R doit assurer un courant minimum de 1mA dans le TL431, même au plus fort courant de sortie. Le TL431 se comporte comme une diode zener réglable et de précision.
Régulateur TL431 monté en diode zener réglable
Montage du TL431 en régulateur parallèle de puissance
Un transistor dévie vers la masse le courant nécessaire pour stabiliser la tension de sortie.
La résistance de base (non notée) doit garantir au moins 1mA de courant dans le TL431.
Montage du TL431 en régulateur de tension série
On peut créer un régulateur série avec un TL431 et un transistor ballast.
La résistance R doit garantir au moins 1mA dans le TL431.
Montage du TL431 en régulateur de tension série avec Darlington
On peut créer un régulateur série avec un TL431 et un Darlington.
TL431 monté en régulateur série de puissance
La résistance R doit garantir au moins 1mA dans le TL431.
Source de courant à base du régulateur de tension TL431
Une source de courant est en réalité un limiteur de courant qui garantit que le courant ne dépasse jamaias une valeur maximale; elle s'insère en série avec la charge.
Le TL431 asservit à 2.50V (=Vref) la tension aux bornes de RCL. Avec la loi d'Ohm, on déduit Is. Le courant de sortie vaut Is + le courant IKA qui circule dans le TL431.
Source de courant à base du régulateur de tension TL431
TL431 monté en source de courant
Le TL431 asservit à 2.50V (=Vref) la tension aux bornes de Rs. Avec la loi d'Ohm, on déduit Is. Le courant de sortie vaut Is + le courant IKA n'intervient pas dans Is.
La résistance non notée doit garantir au moins 1mA de courant dans le TL431.
TL431 utilisé en comparateur à seuil 2.50V
Le TL431 peut aussi facilement être utilisé en comparateur.
L'impédance d'entrée (côté Ve) est élevée tant que Ve est inférieure à 2.50V. Ensuite, elle devient faible. Il est donc impératif d'ajouter en série une résistance (10k-1Még typiques). Le TL431 se comporte comme un transistor NPN dont l'entrée en conduction se fait à 2.50V précisément. Lorsque le TL431 est conducteur, Vs s'établit autour de 1.9V (c'est une sorte de Vce sat.).
Remarque : ce comparateur possède le seuil de 2.50V avec précision. Le montage peut ainsi remplacer une référence de tension + un comparateur classique (ampli op).
TL431 utilisé en comparateur à seuil + transistor
La résistance de 680 Ohms empêche le déclenchement du PNP. Le courant qui circule dans les résistance s (IKA) est de l'ordre de 1uA lorsque Ve=0. Lorsque Ve approche 2.50V, le courant augmente jusqu'à 400uA environ. La tension Vbe vaut donc 400uA*680=0.27V et garantit le blocage du PNP. Ensuite, l'entrée en conduction franche a lieu quand Ve = 2.50V.
L'autre résistance se calcule à partir du courant collecteur souhaité et du gain hfe du PNP.
Commande isolée avec TL431 : optocoupleur
On peut mettre en parallèle avec la LED de l'optocoupleur une résistance de 1kOhm qui garantit le blocage de la LED tant que le TL431 n'est pas franchement amorcé.
Commande tout ou rien avec TL431
Le TL431 peut aussi commander un relais à la place d'un optocoupleur.
TL431 monté en comparateur à hystérésis (inverseur logique)
Pour ajouter une hystérésis au comparateur classique, on peut ajouter un transistor PNP qui offre une rétroaction positive.
C1 évite un déclenchement intempestif du PNP en cas de transitoire sur l'alimentation (parasite, surtension, onde de choc, etc). Le montage a la même fonction qu'un collecteur ouvert.
Si Ve>2.5V : Vs = 1.9V
Si Ve<2.5V : Vs = Vcc
L'hystérésis vaut Vcc*R1/R2.
TL431 monté en comparateur à hystérésis (non inverseur logique)
Sur le même montage, la sortie peut être prise sur le collecteur du PNP. Cela permet de profiter du gain en courant tout en bénéficiant du comparateur à hystérésis et du seuil à 2.50V. C'est un des montages les plus astucieux !
TL431 monté en comparateur à hystérésis (non inverseur logique) : exemple
Un exemple numérique est présenté ci dessous :
La résistance R4 permet de fixer le seuil plus haut pour Ve en faisant un diviseur de tension avec R1.
On peut en effet souhaiter que le système commute lorsque Ve vaut 15V, 100V, etc.
Lorsque Ve part de 0 et monte progressivement, la tension aux bornes de R4 atteint 2.5V (seuil de commutation du TL431) lorsque Ve= 2.50V*(1+ R1/R4).
R2 n'intervient pas tant que le PNP n'est pas amorcé. L'hystérésis vaut Vcc*((R1//R4)/R2).
Le courant dans le PNP peut atteindre 100mA facilement (transistor : BC556, 2N3906, 2SA733, etc)
TL431 utilisé pour temporisation (timer)
Le courant à travers RT doit valoir 100uA (choisir une valeur très supérieure à 2uA).
Le retard Td est défini par :
Td = 2.5V/Vcc * (RT*СТ)
Quand on coupe l'alimentation, le retard dépend de la valeur de R charge) et C.
Schéma équivalent du TL431 (de Texas instruments)
Le régulateur TL431 a comme schéma bloc équivalent :
Le schéma équivalent est donné dans le datasheet du TL431 :
Conclusion sur le TL431
Les applications du régulateur TL431 sont très nombreuses, non seulement grâce à la précision du régulateur, mais aussi par les utilisations en comparateur, avec ou sans hystérésis. L'association TL431-transistor est aussi très utile pour exploiter de plus forts courants.
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