TL431的原理及應(yīng)用研究

1、TL431的原理及應(yīng)用研究摘要：分析了TL431的工作原理,整理了技術(shù)指標(biāo),論述了四個(gè)方面的典型應(yīng)用,總結(jié)了使用注意事項(xiàng),并以詳盡的圖表證明,該芯片參數(shù)優(yōu)越,性能可靠,應(yīng)用前景廣闊。關(guān)鍵詞：TL431穩(wěn)壓基準(zhǔn)性能應(yīng)用引言TL431是TL、ST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)。由于其封裝簡(jiǎn)單（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價(jià)比高（民品1.31.5元/只），近年來在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。從1988年獲得該器件的第一手資料開始,我們就對(duì)該器件給予了關(guān)注。通過大量的實(shí)驗(yàn)和多年的應(yīng)用證明,該器件猶如七十年代誕生的555時(shí)基芯片一樣，價(jià)廉物美、參數(shù)優(yōu)越、性能可靠、應(yīng)用方便、值得推廣。尤其是

2、在民品開發(fā)中，大有用武之地。3Alflifit）圖內(nèi)舟爭(zhēng)就屯咼工作原理該芯片的內(nèi)部等效電路如圖1所示。其中V1V2構(gòu)成輸入級(jí),V3V4V5構(gòu)成穩(wěn)壓基準(zhǔn),V6V7V8V9構(gòu)成差分放大器,V10V11形成復(fù)合管,構(gòu)成輸出級(jí)。D1D2均為反向極向保護(hù)。引線端子1為參考電壓輸入端R,2為公共陽極端A,3為輸出陰極端K。其等效功能框圖如圖2（a）所示。其中VR為基準(zhǔn)電壓（VR=2.5V）,A為同相放大器,V為并聯(lián)型調(diào)整管（總增益A021000倍），W為饋電支路。其封裝引腳如圖2（b）,電路符號(hào)如圖2（c）所示。技術(shù)指標(biāo)TL431的電氣參數(shù)見表1。表1TL431電氣參數(shù)參數(shù)名稱稱號(hào)測(cè)試條件TL431單位m

3、intypemax基準(zhǔn)電壓VRVKA=VR,IK=10mA244024952550mV基準(zhǔn)電壓溫漂STST=AVR/VR/AT5*3050ppm/C基準(zhǔn)電壓調(diào)整率SVSV=AVR/AVKA0.4*-1-2mV/V參考端輸入電流IRIK=10mA0.5*24pA最小陰極電流IKAminVKA=5V0.2*0.41mA最大陰極電流IKAmaxVKA=5V100120150*mA最小陰極電壓VKAmin（略）2.2*2.52.6V最大陰極電壓VKAmax（略）36*3744V最大耗散功率PD（略）7009001300mWTL431尾綴字母表示產(chǎn)品級(jí)別及工作溫度范圍,59Z序證-比禮.料于宀C為商業(yè)品

4、（_10C+附注：上表是綜合多個(gè)生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（*）而制。70C）,1為工業(yè)品(40C85C),M為軍品(一55C125C)。該器件的主要技術(shù)指標(biāo)為：基準(zhǔn)電壓溫漂?。篧50ppm/C;基準(zhǔn)電壓精度高：2.5V1%;輸出噪聲電壓低：WIOOpVpp;穩(wěn)壓范圍寬：（2.536）V連續(xù)可調(diào);負(fù)載電流范圍大：（1.0100）mA。典型應(yīng)用實(shí)例穩(wěn)壓基準(zhǔn)許多穩(wěn)壓基準(zhǔn)的負(fù)載能力都很小,腔3桓壓基堆端電壓調(diào)節(jié)也不方便,而由TL431構(gòu)成的穩(wěn)壓基準(zhǔn)溫漂小,又有相當(dāng)?shù)呢?fù)載能力,且輸出電壓連續(xù)可調(diào),電路簡(jiǎn)單。其典型接線如圖3所示,輸出電壓由下式確定：UO=1+(R1/R2)VR(VR=2.5V)其電壓

5、調(diào)節(jié)范圍為2.5V36V,當(dāng)R1短路或R2斷路時(shí),Uo=VR=2.5V;電流動(dòng)態(tài)范圍為0(UiUo)/ROlmA。該電路還可以很方便地加入一只擴(kuò)流管即構(gòu)成一個(gè)性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源。壓控開關(guān)如圖4所示，由于VR=2.5V,IRW2“A,所以當(dāng)UiR2/(Rl+R2)VR時(shí),TL431的輸出級(jí)導(dǎo)通,UKW2.5V,繼電器K吸合；當(dāng)UiR2/(Rl+R2)VR時(shí),TL431的輸出級(jí)截止,UK+E，繼電器K斷開,實(shí)現(xiàn)了壓控開關(guān)的功能。由于TL431的開環(huán)電壓增益A01000(受負(fù)載阻抗影響)，故轉(zhuǎn)換斜率陡峭，且輸入信號(hào)回差電壓小(W5mV,受負(fù)載電流影響)。對(duì)于許多要求過壓、過流限制的場(chǎng)合,TL431都

6、非常實(shí)用,且壓控精度高,溫漂小。前級(jí)二次穩(wěn)壓二次穩(wěn)壓的質(zhì)量,對(duì)前級(jí)放大器的噪聲和溫漂的影響極大。常規(guī)的二次穩(wěn)壓電路中,穩(wěn)壓管的電源抑制比太低,三端穩(wěn)壓器的噪聲太大,其它精密芯片又電路復(fù)雜,而且成本高。TL431用于二次穩(wěn)壓的典型電路如圖5所示。由該電路構(gòu)成的AVD=1000的程控放大器輸出噪聲電壓小于1mVpp.高精度電源用TL431和三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成高精度電源，是性價(jià)比極高的一種方案。如圖6所示，該電路輸出電壓的精度、調(diào)整率、溫漂完全取決于TL431,發(fā)揮了TL431高精度、高速度、低溫漂的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)有充分利用了三端穩(wěn)壓器大功率、大電流輸出及過流、過壓、過熱保護(hù)功能,使得整機(jī)的性能價(jià)格比極

7、高。注意事項(xiàng)陽3社脈二冼尷醫(yī)5.1自激由于TL431是有較高的開環(huán)增益且響應(yīng)速度快，當(dāng)取樣點(diǎn)（Rl、R2的連接點(diǎn)）離兩極（K、A）較遠(yuǎn)時(shí)，電路容易產(chǎn)生超調(diào)自激,所以在使用時(shí)要引起注意。圖4中的C1和圖6中的C17C18E10E11的作用即為抗干擾、抑自激，調(diào)試時(shí)要合理選取參數(shù)。最小維持電流與最小陰極電壓由于TL431的內(nèi)部基準(zhǔn)VR是靠陰極電流IK維持，并且低于極間電壓UKA，所以應(yīng)用時(shí)要注意：TL431的輸出極截止后，仍必須有大于0.2mA的陰極維持電流;當(dāng)輸出極“飽和”后，極間電壓UKA仍至少大于2.2V。取樣電阻取樣電阻的選材及布放，直接影響到穩(wěn)壓精度和溫度特性，所以必須選用溫度系數(shù)小、噪

8、聲低、功率裕量大的同型號(hào)精密電阻，如RJJ等。如圖6中的取樣電阻R10R21的布放方式,也是一種行之有效的方法。耐壓及功耗由于TL431所能承受的耗散功率較?。ǔＲ?guī)為900mW，少數(shù)廠家的塑封管小于500mW），當(dāng)其在高溫、高壓或大電流條件下使用時(shí),要注意通風(fēng)、散熱和安全性。結(jié)語大量實(shí)驗(yàn)和長(zhǎng)期應(yīng)用證明,TL431確是一片設(shè)計(jì)精巧、應(yīng)用方便、性能可靠、性價(jià)比較高的穩(wěn)壓基準(zhǔn)，應(yīng)用前景廣闊。摘要介紹可調(diào)分流基準(zhǔn)芯片TL431的特性及其在一些功能電路中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞可調(diào)分流基準(zhǔn)恒流恒壓PWM開關(guān)電源1TL431的簡(jiǎn)介德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。

9、它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值（如圖2）。該器件的典型動(dòng)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。ANODEFIEFCATHODE左圖是該器件的符號(hào)。環(huán)引腳分別為：陰極CE、陽極AE和參考端R。曲勺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，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1到10

10、0mA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。2.恒壓電路應(yīng)用o=(1TL431veATTVW-*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),器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，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(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

11、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，就是通過陰極的電流要大于1mA。當(dāng)然，這個(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。0圖3大電流的分流穩(wěn)壓電路圖4精密5V穩(wěn)壓器3、實(shí)驗(yàn)手記阻值取值：RO取1.5K,Rl、R2分別取10K,按結(jié)果，應(yīng)得到5V的輸出電壓。Vin使用12V,實(shí)測(cè)電壓為5V。Vin使用24V,實(shí)測(cè)電壓5V（我的31/2位電表的顯

12、示值），因此，此種器件的精度很高。接入負(fù)載，在C、A端并接負(fù)載電阻，Vin用12V。當(dāng)負(fù)載電阻大于2K時(shí)，輸出電壓幾乎看不出任何變化。當(dāng)電阻小于2K時(shí)，輸出電壓開始減小，此時(shí)應(yīng)當(dāng)是前面所說的陰極電流的條件不符合了。妙O晉國(guó)妙C5470uF輸出2.5V-24V0用TL431制成的高精度穩(wěn)壓直流電源電路的紋波極小，精度極高，可以作高檔電器供電電源。利用TL431作大功率可調(diào)穩(wěn)壓電源精密電壓基準(zhǔn)ICTL431是TO92封裝如圖1所示。其性能是輸出壓連續(xù)可調(diào)達(dá)36V,工作電流范圍寬達(dá)0.1。100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為0.22歐輸出雜波低。圖2是TL431的典型應(yīng)用，其中、腳兩端輸出電壓V=2.5（R2十R3）V/R3。如果改變R2的阻值大小，就可以改變輸出基準(zhǔn)電壓大小。圖3是利用它作電壓基準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)外加場(chǎng)效應(yīng)管K790作調(diào)整管構(gòu)成的輸出電流大（約6A）、電路簡(jiǎn)單、安全的穩(wěn)壓電源。工作原理如圖3所示，220v電壓經(jīng)變壓器B降壓、D1-D4整流、C1濾波。此外D5、D6、C2、C3組成倍壓電路（使得Vdc=60V）,Rw、R3組成分壓電路，T1431、R1組成取樣放大電路,9013、R2組成限流保護(hù)電路，場(chǎng)效應(yīng)管K790作調(diào)整管（可直接并聯(lián)使用）以及C5是輸出濾波器