tl431簡(jiǎn)介

　　TL431是可控精密穩(wěn)壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路，可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等。

　　tl431封裝

　　TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極管9013等相同，如圖a所示。同類(lèi)產(chǎn)品還有圖b所示的雙直插外形的。

　　封裝形式：TO - 92、SOT - 89、SOT - 23

　　tl431參數(shù)

　　三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源

　　可編程輸出電壓：2.495V~36V

　　電壓參考誤差：±0.4% ，典型值@25℃（TL431B）

　　低動(dòng)態(tài)輸出阻抗：0.22Ω（典型值）

　　溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍

　　負(fù)載電流1.0毫安--100毫安。

　　全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦，典型值為50 ppm/℃，

　　最大輸入電壓為37V

　　最大工作電流150mA

　　內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.495V（25°C）

　　tl431特點(diǎn)

　　1. 輸出電壓最高到 40V

　　2. 動(dòng)態(tài)輸出阻抗低，典型值為 0.2Ω

　　3. 陰極電流能力為 0.1mA~100mA

　　4. 全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦，典型值為 50ppm/℃

　　5. 噪聲輸出電壓低

　　6. 快速開(kāi)態(tài)響應(yīng)

　　7. ESD 電壓為 2000V

　　輸出電壓計(jì)算公式：UO=2.5*{1+（R1/R2）}

　　TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　TL431的具體功能可以用圖c的功能模塊示意。由圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同向端）的電壓高于VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有電流通過(guò)，同相輸入電壓少于2.5V時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)（理想狀態(tài)下），隨著REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管圖1的電流將從1mA到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。

　　TL431內(nèi)部等效電路如圖圖d

　　TL431可等效為一只穩(wěn)壓二極管，其基本連接方法如下圖所示。下圖a可作2.5V基準(zhǔn)源，下圖b作可調(diào)基準(zhǔn)源，電阻R2和R3與輸出電壓的關(guān)系為U0=（1+R2/R3）2.5V具體工作原理：當(dāng)輸入電壓增大，輸出電壓增大導(dǎo)致了輸出采樣增圖d大，這時(shí)內(nèi)部電路通過(guò)調(diào)整使得流過(guò)自身的電流增大，這也就使得流過(guò)限流電阻的電流增大，這樣限流電阻的壓降增大，而輸出電壓等于輸入電壓減限流電阻壓降，輸入電壓增大與限流電阻壓降增大使得輸出電壓減小 ，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

　　TL431的具體功能可以用如圖1的功能模塊示意。

　　由圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來(lái)代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開(kāi)啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開(kāi)。

　　恒壓電路應(yīng)用

　　前面提到TL431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vo的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見(jiàn)，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)Vo=（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。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過(guò)陰極的電流要大于1 mA 。

　　個(gè)電路并不太實(shí)用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應(yīng)用中的方法。將這個(gè)電路稍加改動(dòng)，就可以得到在很多實(shí)用的電源電路，如圖3，4。

　　圖3 大電流的分流穩(wěn)壓電路

　　圖4 精密5V穩(wěn)壓器

　　恒流電路應(yīng)用

　　由前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋后，REF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應(yīng)用很多恒流電路中。

　　如圖是一個(gè)實(shí)用的精密恒流源電路。原理很簡(jiǎn)單，不再贅述。但值得注意的是，TL431的溫度系數(shù)為30ppm/℃，所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡像恒流源或恒流二極管好得多，因而在應(yīng)用中無(wú)需附加溫度補(bǔ)償電路。

　　圖下面就介紹一個(gè)用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路，如圖。

　　這是一個(gè)已連成橋路的硅壓傳感器的前級(jí)處理電路。Vref/R2的值應(yīng)設(shè)為電橋工作所必要的恒定電流，該電流值通常會(huì)由傳感器制造商提供。流經(jīng)TL431陰極的電流由R1和電源電壓Vs決定，在應(yīng)用中通常讓它等于橋路電流，但一定要注意大于1mA。

　　由于TL431非常易于實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流，而且有很好的溫度穩(wěn)定性，因此很適合于儀表電路、傳感器電路等設(shè)計(jì)應(yīng)用。

　　可控分流特性的應(yīng)用

　　由第1節(jié)介紹的功能模塊圖，當(dāng)REF端的電壓有微小變化時(shí)，從陰極到陽(yáng)極的分流將隨之在1～100mA內(nèi)變化。利用這種可控分流的特性，可以用小的電壓變化控制繼電器、指示燈等，甚至可直接驅(qū)動(dòng)音頻電流負(fù)載。如圖7是此應(yīng)用的一個(gè)簡(jiǎn)單400mW單聲道功率放大電路。

　　在開(kāi)關(guān)電源上的應(yīng)用

　　在過(guò)去的普通開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過(guò)誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應(yīng)用中也能較好地發(fā)揮作用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類(lèi)似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案。此類(lèi)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源有以下特點(diǎn)：輸出經(jīng)過(guò)TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來(lái)調(diào)整一個(gè)電流模式的PWM控制器的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。

　　上圖是一個(gè)實(shí)用的4W開(kāi)關(guān)型5V直流穩(wěn)壓電源的電路。該電路采用了此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并同時(shí)使用了TOPSwitch技術(shù)。圖中 C1、L1、C8和C9構(gòu)成EMI濾波器，BR1和C2對(duì)輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用于消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，U1是一個(gè)內(nèi)置 MOSFET的電流模式PWM控制器芯片，它接受反饋并控制整個(gè)電路的工作。D3、C3是次極整流濾波電路，L2和C4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。 R2和R3是輸出取樣電阻，兩者對(duì)輸出的分壓通過(guò)TL431的REF端來(lái)控制該器件從陰極到陽(yáng)極的分流。這個(gè)電流又是直接驅(qū)動(dòng)光耦U2的發(fā)光部分的。那么當(dāng)輸出電壓有變大趨勢(shì)時(shí)，Vref隨之增大導(dǎo)致流過(guò)TL431的電流增大，于是光耦發(fā)光加強(qiáng)，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個(gè)變大反饋電壓后將改變MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)間，輸出電壓隨改變而回落。

　　事實(shí)上，上面講述的過(guò)程在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)達(dá)到平衡，平衡時(shí)Vref=2.5V，又有R2= R3，所以輸出為穩(wěn)定的5V。這里要注意的是，不再能通過(guò)簡(jiǎn)單地改變?nèi)与娮鑂2、R3的值來(lái)改變輸出電壓，因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)電源中每個(gè)元件的參數(shù)對(duì)整個(gè)電路工作狀態(tài)的影響都會(huì)很大。按圖中所示參數(shù)時(shí)，電路可在90VAC～264VAC（50/60Hz）輸入范圍內(nèi)，輸出+5V，精度優(yōu)于±3%，輸出功率為 4W，最大輸出電流可達(dá)0.8A，典型變換效率為70%。