TL431可控精密穩(wěn)壓源原理及多種經(jīng)典應(yīng)用電路介紹

一、TL431介紹

TL431是由美國(guó)德州儀器公司(TI)和Motorola公司生產(chǎn)的2.50~36V可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，它是一種具有可調(diào)電流輸出能力的基準(zhǔn)電壓源，TL431系列產(chǎn)品包括TL431C、TL431AC、TL431I、TL431AI、TL431M、TL431Y，共6種型號(hào)。它們的內(nèi)部電路完全相同，僅個(gè)別技術(shù)指標(biāo)略有差異。

二、TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該器件的符號(hào)如圖1，三個(gè)引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽(yáng)極(ANODE)和參考端(REF)，參考電壓為2.5V。

由內(nèi)部電路圖圖2可以看出，它由多極放大電路、偏置電路、補(bǔ)償和保護(hù)電路組成，其中晶體管V1構(gòu)成輸入極，V3、V4、V5構(gòu)成穩(wěn)壓基準(zhǔn)，V7和V8組成的鏡像恒流源與V6、V9構(gòu)成差分放大器作中間級(jí)，V10、V11

形成復(fù)合管，構(gòu)成輸出，其它一些電阻、電容、二級(jí)管分別起偏置、補(bǔ)償和保護(hù)作用，在原理上它是一個(gè)單端輸入、單端輸出直流放大器。

如其等效功能示意圖如圖3所示，由一個(gè)2.5V的精密基準(zhǔn)電壓源、一個(gè)電壓比較器和一輸出開關(guān)管等組成，參考端的輸出電壓與精密基準(zhǔn)電壓源Vref相比較，當(dāng)參考端電壓超過(guò)2.5V時(shí)，TL431立即導(dǎo)通。

三、TL431常用應(yīng)用電路

1、并聯(lián)穩(wěn)壓器

這是431用得最多的電路，輸出電壓Vout=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，VO=5V。由于參考極輸入用的是射極跟隨器，因此具有很高的輸入阻抗，而輸入電流很小。

對(duì)于此電路，基本分析步驟為：

1)確定穩(wěn)壓電壓

2)確定負(fù)載最大電流

3)根據(jù)輸入電壓Vin、穩(wěn)壓電壓，限流電阻R確認(rèn)TL431的工作電流(1mA~100mA)

4)算出限流電阻R的功率，P=(Vin-Vout)*(Vin-Vout)/R，選擇合適的電阻R

例如輸入電壓12V，輸出電壓為3.3V，根據(jù)TL431的Ref引腳只需要uA級(jí)的電流就看實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，因此R1和R2可選擇K級(jí)電阻，K1這里選擇15K，那么K2為47K，輸出電壓3.297V;

負(fù)載電流Iout假設(shè)是30mA，流過(guò)TL431的電流IKA可以按照最小值1mA計(jì)算，那么輸入電流Iin=Iout+IKA=31mA，那么電流電阻R≤(Vin-Vout)/Iin≈280Ω，可以取220歐姆，此時(shí)電阻功率P≈344mW，電阻可取3/4W的2010封裝貼片電阻。注意TL431的耗散功率，一般是350mW左右，即PD≥Iout*Vout。此種穩(wěn)壓器功率較小，一般只用作基準(zhǔn)電源，適合于寬輸入電壓或存在大的輸入電壓瞬變場(chǎng)合。

2、串聯(lián)穩(wěn)壓器

串聯(lián)穩(wěn)壓器可以說(shuō)是并聯(lián)穩(wěn)壓器的擴(kuò)充，但是電流可以輸出很大(如果用大電流的復(fù)合管)，但是輸出電壓公式一樣的，Vout=(1+R1/R2)Vref，注意輸出最小值Vout(min)=Vref+Vbe。

R為TL431提供工作電流同時(shí)也為晶體管Q提供基極電流，C1起到補(bǔ)償作用，TL431耗散功率PD=Vout*(Iout/β)，其中β為晶體管放大倍數(shù)。這種基準(zhǔn)電源適合于負(fù)載電流變化，電源電流和負(fù)載電流同時(shí)減小或者需要對(duì)基準(zhǔn)源進(jìn)行休眠或關(guān)斷的場(chǎng)合。

3、并聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路

并聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路是在基本的并聯(lián)穩(wěn)壓電路基礎(chǔ)上修改而來(lái)，通過(guò)增加三極管，三極管的發(fā)射極連接到輸出電壓端，利用三極管的放大狀態(tài)，使其具有擴(kuò)流作用。

4、比較器

利用EL431的基準(zhǔn)電壓Vref可以設(shè)計(jì)帶溫補(bǔ)電壓基準(zhǔn)的單電源比較器，其中Vth=Vref，當(dāng)Vin0;當(dāng)Vin>Vref時(shí)，Vout≌2V。

5、恒流源

由于Vref端的電壓始終穩(wěn)定在2.5V，那么接在REF端和地間的電阻中流過(guò)的電流就應(yīng)是恒定的。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以將TL431設(shè)計(jì)出精密的恒流源。恒流電流I=Vref/R1。

6、用作開關(guān)電源的誤差放大器

在開關(guān)電源當(dāng)中我們經(jīng)常看見這樣的反饋電路，以TL431構(gòu)成誤差放大器，以光耦進(jìn)行原副邊隔離的電路結(jié)構(gòu)。R3和R5決定輸出電壓大小，C4和R6構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)輸出電壓有變化，最終導(dǎo)致光耦輸入端二極管電流變化，從而控制電源芯片開關(guān)管通斷頻率，使輸出電壓保持不變。

審核編輯：湯梓紅