TL431特性與應(yīng)用精

1、TL431特性與應(yīng)用2009-02-0523:49德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）至U36V的任何值（如圖2）。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Q,在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。下圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）陽極（ANODE和參考端（REF）。TL431的具體功能可以用下圖的功能模塊示意圖1:TL431的器件符號和功能示意圖由圖可以看到，VI是一個內(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

2、性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫組的，本文的一些分析也將基于此模塊展開。1）恒壓電路應(yīng)用VBATT困TL431R10.1%Vlfref)< 印1%二R2R2RETURN圖2:恒壓電路前面提到TL431的內(nèi)部含有一個2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極

3、很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如上圖所示，當(dāng)R1和R2的阻值確定后，兩者對Vo的分壓引入反饋，若Vo增大，反饋M增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見，這個深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，止匕時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)的任意范圍電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時，Vo=5V需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1mA當(dāng)然，這個電路并不太實用，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。將這個電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如圖3,4R

4、2TL431圖3:大電流的分流穩(wěn)壓電路v+Vo = 5 VJrb R27,4 kUOJ%27.4 M2OJ%圖5:精密5V穩(wěn)壓器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的電流就應(yīng)是恒定的。利用這個特點(diǎn)，可以將TL431應(yīng)用很多恒流電路中。圖5:精密恒流源如圖5是一個實用的精密恒流源電路。原理很簡單，不在鰲述。但值得注意的是,TL431的溫度系數(shù)為300ppm/C,所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡象恒流源或恒流二極管好的多，因而在應(yīng)用中無需附加溫度補(bǔ)償電路。F面就介紹一個用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路，如圖L

5、9;Miltensor cirruiiTUJ1 4jr x.HI匚R2=V»f/BridgeRl-Vs-(Rhridgexlljridge/(lbridgexR2)/(1431+Ibridgf)圖6:恒定偏流電路這是一個已連成橋路的傳感器的前級處理電路。Vref/R2的值應(yīng)設(shè)為電橋工作所必流經(jīng)TL431陰極的電流由R1和 但一定要注意大于1mA要的恒定電流，該電流值通常會由傳感器制造商提供。電源電壓Vs決定，在應(yīng)用中通常讓它等于橋路電流,由于TL431非常易于實現(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)計應(yīng)用。在此方面的應(yīng)用例子很多，設(shè)計原理并不復(fù)雜，

6、本文不再介紹。2、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，從陰極到陽極的分流將隨之在1100mA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，甚至可宜接驅(qū)動音頻電流負(fù)載。如圖7是此應(yīng)用的一個簡單400mW單聲道功率放大電路。38 VT| = 330 to 8.0 Q330I UJLU ,k1.0IhermalloyTHM6024HeatsinkonLPPackageVolumen 0.05 nF47 k25 kToneJr圖7:音頻功率放大電路3、關(guān)電源上的應(yīng)用在過去的普通開關(guān)電源設(shè)計中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過誤差放大后宜接反饋到輸入

7、端的模式。這種電壓控制的模式在莫些應(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似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點(diǎn)：輸出經(jīng)過TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的恒流端驅(qū)動一個光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓這邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個電流模式的PWMI制器的開關(guān)時間，從而得到一個穩(wěn)定的宜流電壓輸出。下圖是一個實用的4W開關(guān)型5V宜流穩(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對輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用于消除因變壓器

8、漏感引起的尖峰電壓，U1是一個內(nèi)置MOSFET勺電流模式PWM控制器芯片，它接受反饋并控制整個電路的工作。D3C3是次級整流濾波電路，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，兩者對輸出的分壓通過TL431的REF端來控制該器件從陰極到陽極的分流。這個電流又是宜接驅(qū)動光耦U2的發(fā)光部分的。那么當(dāng)輸出電壓有變化趨勢時，Vref隨之增大導(dǎo)致流過TL431的電流增大，于是光耦發(fā)光增強(qiáng)，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個變化反饋電壓后將改變MOSFE的開關(guān)時間，輸出電壓隨改變而回落。事實上，上面講述的過程在極短的時間內(nèi)就會達(dá)到平衡，平衡時Vref=2.5V,又有R2=R3,所以輸出為穩(wěn)定的5V。這里要注意的是，不再能通過簡單地改變?nèi)与娮鑂2、R3的值來改變輸出電壓，因為在開關(guān)電源中