Spice модели для TL431 + Опции

[Guest_TSerg_*]

О TL431 и дальнейших ее расширениях не знает только ленивый.

Недавно подкинули мне вроде ранее неизвестную модельку TL431 - сказали "Адекватна".
Стал проверять сразу в схемах и натыкаюсь на какие-то непонятности.
В итоге, решил заново проверить "на чистоту" все имеющиеся модели .

Результат - более, чем странный.
Несмотря на то, что TL431 и ее клонам более чем 100500 лет, Spice-модели так и не устаканились.
Из всего, что проанализировал - наилучшая (не значит - адекватная) от C.Basso (совсем не производитель TL431).
Модели от TI - неадекватны, исключая поздние с Uref = 1.25 V

Простой пример (три модели) - тест на переключение при повышении напряжения на входе от 0 до 10 V, питание 10 V через 1 кОм.
Если на входе нет токоограничивающего резистора (для разных моделей и для их адекватного поведения - он нужен разный), то результат очень странный:
http://shot.qip.ru/00gZ9L-4OPovQHsp/

***
Включение по входу резистора > 10 Ом приводит модель 2 (BASSO) в адекватное состояние.
Модели 1 (ED) для этого требуется R > 200 кОм.
Модель 3 от TI, изначально неадекватная по напряжению включения на выходе, тем не менее ведет себя адекватно, несмотря на наличие или отсутствие резистора на входе.

Единственное и логичное объяснение - модели создавались под главную функцию - "Шунтовой регулятор".
Однако реалии оказались таковы, что TL431 применяется "черти-где", включая даже как усилитель

P.S.
Ниже привожу все известные мне spice-модели TL431 и клонов.

**********************************************
* TL431
* made by Chris Basso - 2005
**********************************************
.SUBCKT TL431 k a ref
G1 a 2 5 ref -250u
Q1 k 2 1 QN3904
R1 1 7 240
R2 7 a 6.6k
Q2 k 7 a QN3904 50
D1 ref k DN4148
C2 7 a 1n
D2 a k D2_mod
C1 k 2 43p
V1 5 a DC=2.49
D3 a 2 D3_mod
.MODEL QN3904 NPN AF=1.0 BF=300 BR=7.5 CJC=3.5PF CJE=4.5PF
+ IKF=.025 IS=1.4E-14 ISE=3E-13 KF=9E-16 NE=1.5 RC=2.4
+ TF=4E-10 TR=21E-9 VAF=100 XTB=1.5
.MODEL DN4148 D BV=100V CJO=4PF IS=7E-09 M=.45 N=2 RS=.8
+ TT=6E-09 VJ=.6V
.MODEL D2_mod D BV=36 CJO=4PF IS=7E-09 M=.45 N=1.3 RS=.8
+ TT=6E-09 VJ=.6V
.MODEL D3_mod D N=0.01
.ENDS

*********************************
* K A FDBK
* | | |
*********************************
.SUBCKT TL431_MC 7 6 11
.MODEL DCLAMP D (IS=13.5N RS=25M N=1.59 CJO=45P VJ=.75 M=.302 TT=50.4N BV=34V IBV=1MA)
*EB1 1 6 Value = { IF ( V(7,6)> 2.495, 2.495, V(7,6) ) }
*V1 1 6 2.495 ; used for fixed reference, replaced with EB1 Limiter
V1 1 6 2.495
R1 6 2 15.6
C1 2 6 .5U
R2 2 3 100
C2 3 4 .08U
R3 4 6 10
G2 6 8 3 6 1.73
D1 5 8 DCLAMP
D2 7 8 DCLAMP
V4 5 6 2
G1 6 2 1 11 0.11
.ENDS TL431_MC

***************************
* TL431 MACROMODEL
* 3-26-92
*
* REFERENCE
* | ANODE
* | | CATHODE
* | | |
***************************
.SUBCKT TL431_TI 1 2 3
V1 6 7 DC 1.4V
I1 2 4 1E-3
R1 1 2 1.2E6
R2 4 2 RMOD 2.495E3
R3 5 7 .2
D1 3 6 DMOD1
D2 2 3 DMOD1
D3 2 7 DMOD2
E1 5 2 POLY(2) (4,2) (1,2) 0 710 -710
.MODEL RMOD RES (TC1=1.4E-5 TC2=-1E-6)
.MODEL DMOD1 D (RS=.3)
.MODEL DMOD2 D (RS=1E-6)
.ENDS

*****************************
* TL431 Current Regulator
* C A Ref
* | | |
*****************************
.subckt TL431 7 6 11
Q1 N004 N003 N001 0 P
Q2 6 N002 N001 0 P
Q3 7 N005 6 0 N
R1 N002 6 600k
R2 11 N002 648k
I1 7 N001 5u
V1 N003 6 1.2V
Q4 7 N004 N005 0 N
R6 N004 6 640k
.model N NPN(BF=250 Cje=.5p Cjc=.5p Rb=500)
.model P PNP(BF=120 Cje=.3p Cjc=1.5p Rb=250)
.ends TL431

***************************************
* TLVH431
* © Copyright 2010 Texas Instruments Incorporated.
***************************************
*.SUBCKT TLVH431 A K Fdbk
.SUBCKT TLVH431 A K RF
V_V2 N59715 A 1.24
G_G4 K A TABLE { V(STAGE2, A) }
+ ( (-10,0)(0,0)(80m,80m)(10,81m) )
R_R1 A STAGE1 1
R_R2 A STAGE2 1
C_C2 A STAGE1 159e-6
C_C3 A STAGE2 80n
G_G1 A STAGE1 RF N59715 4
X_D1 A STAGE1 DC_1mV_1A_1V_1nA
G_G3 A STAGE2 STAGE1 A 1
X_D2 STAGE1 N59689 DC_1mV_1A_1V_1nA
X_D3 A K DC_1mV_1A_1V_1nA
V_V1 N59689 A 80m
.ENDS TLVH431
*$
.subckt DC_1mV_1A_1V_1nA A C
G1 A C TABLE { V(A, C) } ( (-1,-1n)(0,0)(1m,1) (2m,10) (3m,1000) )
.ends DC_1mV_1A_1V_1nA
*$

**************************
* TLVH431 Shunt regulator
**************************
.SUBCKT TLVH431b 7 6 11
V1 1 6 1.24
R1 6 2 15.6
C1 2 6 .5U
R2 2 3 100
C2 3 4 .08U
R3 4 6 10
G2 6 8 3 6 1.73
D1 5 8 DC
D2 7 8 DC
V4 5 6 2
G1 6 2 1 11 0.11
.MODEL DC D (IS=13.5N RS=25M N=1.59 CJO=45P VJ=.75 M=.302 TT=50.4N BV=34V IBV=1MA)
.ENDS TLVH431

[rudy_b]

Во всех ваших случаях неадекватности напряжение на входе Ref больше напряжения на катоде - это нештатный режим работы. В штатных режимах все нормально.

Скорее всего в схеме TL431 от TI не показаны какие-то элементы защиты, вот их и не учел ED.

А, возможно, реальный чип так себя и ведет - я не гонял его в таких режимах.

Да, а температурную зависимость эта модель честно, с предупреждением, не отражает.

[Guest_TSerg_*]

Во всех ваших случаях неадекватности напряжение на входе Ref больше напряжения на катоде - это нештатный режим работы. В штатных режимах все нормально.

Я сразу вначале оговорился, что поскольку давно наблюдается тенденция использование TL431 и его клонов в черти каких, но в допустимых режимах - возникают вопросы к моделям.
Поэтому и захотелось разобраться, с какими моделями можно работать в условиях по даташиту, но со свободным использованием выводов.

Короче, вот съемка реальных значений с TL431 (Uпит = 12 В, ток катода = 10 мА):
Характеристики Uout (Uref)

До переключения (выключенное состояние):
http://shot.qip.ru/00gZ9L-2OPovQHtt/

Режим переключения (на половине шкалы наблюдается усилительный режим, что и понятно):
http://shot.qip.ru/00gZ9L-4OPovQHtv/

Режим насыщения (включенное состояние)
http://shot.qip.ru/00gZ9L-4OPovQHtx/
Видны нелинейные переходные процессы в статике, но напряжение остается в рамках 2 В, а не лезет наверх к Uпит., как в некоторых моделях.

P.S.
Разумеется, надо иметь в виду при использовании таких режимов, входной ток по даташиту ограничен стрессовым значением 10 мА.
В данном случае, при напряжении питания 12 В, ограничивающем по входу REF резисторе 1 кОм и напряжении на REF = 3 V - имеем входной ток 9 мА, т.е. мы не превысили допустимый ток по входу в режиме стресса.
В общем, рекомендация такова (что давно подтверждено практикой):
Режим работы без ОС с катода возможен, в т.ч. и при превышении напряжения на REF напряжения на катоде,
надо только ограничивать входной ток путем включения по входу резистора из расчета не превышения допустимого тока в стрессовом режиме, но желательным все же является ток на уровне нормальных рекомендованных условий.