TL431特性與應(yīng)用(精)

1、TL431 特性與應(yīng)用2009-02-05 23:49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)到 36V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)

2、源，接在運放的反相輸入端。由 運放的特性可知，只有當(dāng) REF 端(同相端)的電壓非常接近 VI(2.5V)時，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很

3、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 量增大， TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致 Vo 下降。顯見，這個深度的負反 饋電路必然在 VI 等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定， 此時 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

4、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3，4圖 3:大電流的分流穩(wěn)壓電路VBATTVBATTVlfref)RETURNRETURNR10.1%0.1%:R2 0/1%R20,1%TL431R1勺V0TL431v+vo= 5 V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，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，不在聱述。但值得注意 的是，TL431 的溫度系數(shù)為 3

5、00ppm/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627,4 kUOJ%Note A)27.4 M2OJ%LRl-Vs-(Rhridgexllj ridge/(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 作所必要的恒定電流，該電流值通常會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

6、注意 大于1mA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，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，甚至可直接驅(qū)動音頻電流負載。 如圖 7 是此應(yīng)用的一 個簡單400mW 單聲道功率放大電路。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)過誤差放大后直接反

7、 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似拓撲結(jié)構(gòu)的方 案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點：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)定的直流電壓輸出。下圖是一個實用的 4W 開關(guān)型 5V 直流穩(wěn)壓電 源的電路。該電路采用了此種拓撲結(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

8、C2 對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。D3 C3 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 是直接驅(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，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?R2、R3 的值來改變輸出電壓，因為在開關(guān)電源中每個元件 的參數(shù)對整個電路工作狀態(tài)的影響都會很大。按圖中所示參數(shù)時，電路可在 90VAC264VAC（50/60HZ輸入范圍內(nèi)，輸出+5V,精度優(yōu)于土 3% 輸出功率為 4W, 最大輸出電流可達 0.8A，典型變換效率