Régulateur et référence de tension TL431 : montages

Le TL431 est un composant très souvent utilisé comme référence de tension dans les montages qui nécessitent une régulation. 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.

On peut présenter des montages à base de TL431, utilisé en référence de tension ou comparateur.

Description du régulateur TL431

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.

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Caractéristique tension courant du TL431

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.

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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.

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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.

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TL431 monté en régulateur parallèle

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.

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TL431 monté en régulateur série

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.

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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.

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TL431 monté en source de courant

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.

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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.

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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 - 100k 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 2V (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

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Tl431 utilisé en comparateur

La résistance de 680 Ohms empêche le déclenchement du PNP. Le courant qui circule dans les résistances (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

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Régulateur TL431 commandant un 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.

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Régulateur TL431 commandant un relais

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.

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Régulateur TL431 en comparateur à hystérésis

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 !

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Régulateur TL431 en comparateur à hystérésis

TL431 utilisé pour temporisation (timer)

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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)

Dans la datasheet de Texas Instruments, le régulateur TL431 a comme schéma bloc équivalent :

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Fonctions du TL431 (d'après datasheet)

Le schéma équivalent est donné dans le datasheet du TL431 :

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Schéma interne équivalent du TL431 (d'après datasheet)

Version plus récente du TL431 : le ATL431

Si vous souhaitez utiliser un TL431 mais que les courants en jeu sont trop importants, il faut s'orienter vers le ATL431 qui présente des courants bien plus faibles pour assurer la régulation.

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.

[email protected]
dimanche 11 mars 2012 08:04

Merci pour ce petit détail, mais je veux savoir le fonctionnement de ce circuit dans le cas de son utilisation avec un optocoupleur, pour jouer comme un régulateur des tensions à la sortie d'une alimentation à découpage.

Nina67
mardi 13 mars 2012 09:28

bonjour, pour réguler la tension de sortie (à au moins 4V), il faut mettre un pont diviseur dont le point milieu est connecté sur l'entrée du TL431 (cette tension sera asservie à 2.5V). L'anode est à la masse et la cathode est du coté de la LED de l'optocoupleur. Le TL431 se comporte comme un transistor qui aurait un seuil d'entrée en conduction à 2.5V et non à 0.6V ou 0.7V. Vous pouvez rechercher en tapant "tl431 opto feedback" sur google images... Bien cordialement

[email protected]
mardi 8 mai 2012 13:45

merci pour votre aide merci pour votre travail d'aide car j' apprend bien l' électronique

EDD
lundi 18 juin 2012 16:48

Merci pour cet exposé clair et précis.

Jean-Louis
mardi 12 février 2013 21:35

Je vais essayer d'en monter un pour faire un limiteur de charge de panneau solaire 1 watt 4,5v sur une batterie LiFePO4 de 3,2v. je choisirai la version avec transistor ballast pour absorber la charge. Je serais intéressé si quelqu'un avait le typon pour faire une gravure sur circuit imprimé. J'ai vu d'autres montages intéressants sur ces liens: http://www.electronique-3d.fr/TL_430-431.html http://nicodemo.forumpro.fr/t19-nicoequilibreur-pack-lipo-maison-liposave http://www.astrochinon.fr/index.php/nos-dossiers/131-un-detecteur-de-seuil Je parle justement aussi du régulateur shunt dans mon article sur les lampes solaires. http://jeanlouis.ramel.free.fr/spip.php?article41 Jean-Louis

Salam a
vendredi 18 octobre 2019 23:06

Quel est Le rôle du régulateur TL 431 dans l'alimentation à découpage entre l'optocoupleur et le régulateur TL431

nina67 Nina67
lundi 21 octobre 2019 08:14

Bonjour, le TL431 sert de régulateur. Lorsque la tension sur la borne "ref" est inférieure à 2,5V, il est bloqué. Lorsque la tension atteint 2,5V, il devient passant, fait entrer en conduction la LED de l'optocoupleur qui sert de contre réaction au contrôleur de découpage (côté primaire 230V). La régulation de la tension de sortie se fait donc, par calcul, en se basant sur le fait que la tension sur la borne "ref" du TL431 se situe à 2,5V. Cordialement

Giants
mercredi 7 septembre 2022 08:35

En boitier TO92, quel est la différence entre un TL431 et un TL431D ? Merci

Giants
mercredi 7 septembre 2022 09:12

Et même question avec le TL431CZ