非常经典的TL431，6个应用电路分析_电源_电路_电子_芯片

非常经典的TL431，6个应用电路分析

一、TL431介绍

TL431是由美国德州仪器公司（TI）和Motorola公司生产的2.50~36V可调精密并联稳压器，它是一种具有可调电流输出能力的基准电压源，TL431系列产品包括TL431C、TL431AC、TL431I、TL431AI、TL431M、TL431Y，共6种型号。它们的内部电路完全相同，仅个别技术指标略有差异。

二、TL431内部结构

该器件的符号如图1，三个引脚分别为：阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)，参考电压为2.5V。

由内部电路图图2可以看出，它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成，其中晶体管V1构成输入极，V3、V4、V5构成稳压基准，V7和V8组成的镜像恒流源与V6、V9构成差分放大器作中间级，V10、V11形成复合管，构成输出，其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用，在原理上它是一个单端输入、单端输出直流放大器。

如其等效功能示意图如图3所示，由一个2.5V的精密基准电压源、一个电压比较器和一输出开关管等组成，参考端的输出电压与精密基准电压源Vref相比较，当参考端电压超过2.5V时，TL431立即导通。

三、TL431常用应用电路

1、并联稳压器

这是431用得最多的电路，输出电压Vout=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，VO=5V。由于参考极输入用的是射极跟随器，因此具有很高的输入阻抗，而输入电流很小。

对于此电路，基本分析步骤为：

1）确定稳压电压

2）确定负载最大电流

3）根据输入电压Vin、稳压电压，限流电阻R确认TL431的工作电流（1mA~100mA）

4）算出限流电阻R的功率，P=（Vin-Vout）*（Vin-Vout）/R，选择合适的电阻R

例如输入电压12V，输出电压为3.3V，根据TL431的Ref引脚只需要uA级的电流就看实现稳压，因此R1和R2可选择K级电阻，K1这里选择15K，那么K2为47K，输出电压3.297V；

负载电流Iout假设是30mA，流过TL431的电流IKA可以按照最小值1mA计算，那么输入电流Iin=Iout+IKA=31mA，那么电流电阻R≤（Vin-Vout）/Iin≈280Ω，可以取220欧姆，此时电阻功率P≈344mW，电阻可取3/4W的2010封装贴片电阻。注意TL431的耗散功率，一般是350mW左右，即PD≥Iout*Vout。此种稳压器功率较小，一般只用作基准电源，适合于宽输入电压或存在大的输入电压瞬变场合。

2、串联稳压器

串联稳压器可以说是并联稳压器的扩充，但是电流可以输出很大（如果用大电流的复合管），但是输出电压公式一样的，Vout=(1+R1/R2)Vref，注意输出最小值Vout（min）=Vref+Vbe。

R为TL431提供工作电流同时也为晶体管Q提供基极电流，C1起到补偿作用，TL431耗散功率PD=Vout*(Iout/β)，其中β为晶体管放大倍数。这种基准电源适合于负载电流变化，电源电流和负载电流同时减小或者需要对基准源进行休眠或关断的场合。

3、并联扩流稳压电路

并联扩流稳压电路是在基本的并联稳压电路基础上修改而来，通过增加三极管，三极管的发射极连接到输出电压端，利用三极管的放大状态，使其具有扩流作用。

4、比较器

利用EL431的基准电压Vref可以设计带温补电压基准的单电源比较器，其中Vth=Vref，当Vin＜Vref时，Vout＞0；当Vin＞Vref时，Vout≌2V。

5、恒流源

由于Vref端的电压始终稳定在2.5V，那么接在REF端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点，可以将TL431设计出精密的恒流源。恒流电流I=Vref/R1。

6、用作开关电源的误差放大器

在开关电源当中我们经常看见这样的反馈电路，以TL431构成误差放大器，以光耦进行原副边隔离的电路结构。R3和R5决定输出电压大小，C4和R6构成补偿网络。当输出电压有变化，最终导致光耦输入端二极管电流变化，从而控制电源芯片开关管通断频率，使输出电压保持不变。

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来源：硬件笔记本

在PMOS断开的时候，输出电压Vout出现回沟现象

电路现象：PMOS断开后，输出端Vout电压先降低，后上升，再下降，随即下电波形出现回沟。（由以下电路展开）以上为PMOS开关仿真电路，其将负载换成了一个开关电路，在改变负载以后，Vout的下电波形就不正常了，这是为什么呢？PMOS从导通到关断时，PMOS的阻抗会从接近0（导通），再到电阻无穷大（断开），这里会有一段过程，而PMOS会存在一定的阻值，负载也非恒定电阻。在Vout下电过程中，负载获得的电压会下降到一定程度，随后可能会因为欠压突然停止工作，所需要的电流会急剧减小。即其等效电阻突然变大，导致它获得的分压变大，这时就会出现以上的情况，Vout电压就涨上去了。也就是说，Vout的电压等于Vin在PMOS和负载上面的分压，如果负载RL突然变大，那么就有可能出现Vout突然上涨的情况。因此，当PMOS从导通到关断切换期间，PMOS的Vgs电压等于其Vgsth，就出现了回沟。那要如何解决这个问题呢？有两个选择。1、可以让PMOS更快的关闭，例如将PMOS的g和s跨接的电容从100nF调整到10nF，回沟就基本没有了。2.在输出端加一个滤波电容，避免负载等效RL突然变大。这是因为增加一个滤波电容以后，等效负载会变成原本的RL和新增加电容阻抗的并联。尽管原本的RL突然变大，由于有电容阻抗的存在，负载阻抗就不会超过电容的阻抗。PMOS关断的瞬间，过程是比较短暂的，信号可以当作交流，因此电容在这不可以看成是开路，而是构成总的阻抗的一部分。只要电容值合理，基本是可以解决电容回沟问题的。（如下图）声明：声明：文章来源电子工程师笔记。本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有，如有侵权，联系删除。来源：硬件笔记本