TL431穩壓基準源簡介及其應用

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  TL431穩壓基準源簡介及其應用

  
  

  
  

  本文來源：21ic電子網

  
  

          1.TL431的簡介

          TL431是一是一個(ge) 有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩(liang) 個(ge) 電阻就可以任意地設置到從(cong) Vref(2.5V)到36V範圍內(nei) 的任何值(如圖2)。該器件的典型動態阻抗為(wei) 0.2Ω，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，例如，數字電壓表，運放電路、可調壓電源，開關(guan) 電源等等。

  

  
  

          左圖是該器件的符號。3個(ge) 引腳分別為(wei) ：陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。TL431的具體(ti) 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(ge) 內(nei) 部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，隻有當REF端(同相端)的電壓非常接近VI(2.5V)時，三極管中才會(hui) 有一個(ge) 穩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 圖1 的電流將從(cong) 1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nei) 部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用TL431的電路時，這個(ge) 模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基於(yu) 此模塊而展開。

  
  

          2. 恒壓電路應用

  

  
  

          前麵提到TL431的內(nei) 部含有一個(ge) 2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從(cong) 陰極到陽極很寬範圍的分流，控製輸出電壓。如圖2所示的電路，當R1和R2的阻值確定時，兩(liang) 者對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(cong) 而又導致Vo下降。顯見，這個(ge) 深度的負反饋電路必然在VI等於(yu) 基準電壓處穩定，此時Vo=(1+ R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從(cong) 2.5V到36V範圍內(nei) 的任意電壓輸出，特別地，當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於(yu) 1 mA 。

          當然，這個(ge) 電路並不太實用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應用中的方法。將這個(ge) 電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如圖3，4。

  
  

  

  
  

           3. 恒流電路應用

  

  
  

           由前麵的例子我們(men) 可以看到，器件作為(wei) 分流反饋後，REF端的電壓始終穩定在2.5V，那麽(me) 接在REF端和地間的電阻中流過的電流就應是恒定的。利用這個(ge) 特點，可以將TL431應用很多恒流電路中。

          如左圖5是一個(ge) 實用的精密恒流源電路。原理很簡單，不再贅述。但值得注意的是，TL431的溫度係數為(wei) 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，因而在應用中無需附加溫度補償(chang) 電路。

          圖5下麵就介紹一個(ge) 用該器件為(wei) 傳(chuan) 感器電橋提供恒定偏流的電路，如圖6。

  

  
  

          這是一個(ge) 已連成橋路的矽壓傳(chuan) 感器的前級處理電路。Vref/R2的值應設為(wei) 電橋工作所必要的恒定電流，該電流值通常會(hui) 由傳(chuan) 感器製造商提供。流經TL431陰極的電流由R1和電源電壓Vs決(jue) 定，在應用中通常讓它等於(yu) 橋路電流，但一定要注意大於(yu) 1mA。

          由於(yu) TL431非常易於(yu) 實現恒壓或恒流，而且有很好的溫度穩定性，因此很適合於(yu) 儀(yi) 表電路、傳(chuan) 感器電路等設計應用。在此方麵的應用例子很多，設計原理並不複雜，本文不再一一介紹。

  
  

          4. 可控分流特性的應用

          由第1節介紹的功能模塊圖，當REF端的電壓有微小變化時，從(cong) 陰極到陽極的分流將隨之在1～100mA內(nei) 變化。利用這種可控分流的特性，可以用小的電壓變化控製繼電器、指示燈等，甚至可直接驅動音頻電流負載。如圖7是此應用的一個(ge) 簡單400mW單聲道功率放大電路。

  
  

  

  
  

          5. 在開關(guan) 電源上的應用

          在過去的普通開關(guan) 電源設計中，通常采用將輸出電壓經過誤差放大後直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控製的模式在某些應用中也能較好地發揮作用，但隨著技術的發展，當今世界的電源製造業(ye) 大多已采用一種有類似拓撲結構的方案。此類結構的開關(guan) 電源有以下特點：輸出經過TL431(可控分流基準)反饋並將誤差放大，TL431的沉流端驅動一個(ge) 光耦的發光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調整一個(ge) 電流模式的PWM控製器的開關(guan) 時間，從(cong) 而得到一個(ge) 穩定的直流電壓輸出。

  
  

  

  圖8

  
  

          上圖是一個(ge) 實用的4W開關(guan) 型5V直流穩壓電源的電路。該電路采用了此種拓撲結構並同時使用了TOPSwitch技術。圖中 C1、L1、C8和C9構成EMI濾波器，BR1和C2對輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用於(yu) 消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，U1是一個(ge) 內(nei) 置 MOSFET的電流模式PWM控製器芯片，它接受反饋並控製整個(ge) 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(liang) 者對輸出的分壓通過TL431的REF端來控製該器件從(cong) 陰極到陽極的分流。這個(ge) 電流又是直接驅動光耦U2的發光部分的。那麽(me) 當輸出電壓有變大趨勢時，Vref隨之增大導致流過TL431的電流增大，於(yu) 是光耦發光加強，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個(ge) 變大反饋電壓後將改變MOSFET的開關(guan) 時間，輸出電壓隨改變而回落。

          事實上，上麵講述的過程在極短的時間內(nei) 就會(hui) 達到平衡，平衡時Vref=2.5V，又有R2= R3，所以輸出為(wei) 穩定的5V。這裏要注意的是，不再能通過簡單地改變取樣電阻R2、R3的值來改變輸出電壓，因為(wei) 在開關(guan) 電源中每個(ge) 元件的參數對整個(ge) 電路工作狀態的影響都會(hui) 很大。按圖中所示參數時，電路可在90VAC～264VAC(50/60Hz)輸入範圍內(nei) ，輸出+5V，精度優(you) 於(yu) ±3%，輸出功率為(wei) 4W，最大輸出電流可達0.8A，典型變換效率為(wei) 70%。

  
  

  
  

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