性能優(yōu)良的TL431穩(wěn)壓電源設(shè)計

1.引言

TL431是一個有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)精密電壓基準(zhǔn)集成芯片，具有體積小、價格低廉、性能優(yōu)良等特點：它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從參考電壓(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值，典型動態(tài)阻抗僅為0.2Ω，電壓參考誤差為±0.4%,負(fù)載電流能力從1.0mA到100mA，溫度漂移低，輸出噪聲電壓低等。基于以上特點，不僅可以用于恒流源電路、電壓比較器電路、電壓監(jiān)視器電路、過壓保護(hù)電路等電路中、還廣泛應(yīng)用于線性穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源等直流穩(wěn)壓電源電路中，本文對TL431在線性穩(wěn)壓電源中的并聯(lián)和串聯(lián)型兩種電源進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

2.TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能

2.1 TL431的符號

該器件的符號如圖1，三個引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)，參考電壓為2.5V。

2.2 TL431的內(nèi)部電路圖

由內(nèi)部電路圖圖2可以看出，它由多極放大電路、偏置電路、補償和保護(hù)電路組成，其中晶體管V1構(gòu)成輸入極，V3、V4、V5構(gòu)成穩(wěn)壓基準(zhǔn)，V7和V8組成的鏡像恒流源與V6、V9構(gòu)成差分放大器作中間級，V10、V11形成復(fù)合管，構(gòu)成輸出，其它一些電阻、電容、二級管分別起偏置、補償和保護(hù)作用，在原理上它是一個單端輸入、單端輸出直流放大器。

然而其等效功能示意圖如圖3所示，由一個2.5V的精密基準(zhǔn)電壓源、一個電壓比較器和一輸出開關(guān)管等組成，參考端的輸出電壓與精密基準(zhǔn)電壓源Vref相比較，當(dāng)參考端電壓超過2.5V時，TL431立即導(dǎo)通。因為R端控制電壓誤差為±1%,所以參考端能精確地控制TL431的導(dǎo)通與截止。

3.并聯(lián)穩(wěn)壓電路設(shè)計

3.1 基本并聯(lián)穩(wěn)壓電路原理

TL431內(nèi)部含有一個2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在Vref端引入輸出反饋時，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4所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時，兩者對VO的分壓引入反饋，若增大，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(fù)反饋電路必然在等于基準(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)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時，VO=5V.若使R1短路，R2開路，即把參考端與陰極端短接，此時則有輸出電壓VO=2.5V(參考端電壓)，最適合用于數(shù)字電壓表和模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其它電路中作基準(zhǔn)電壓源。

需要注意的是，和在選擇電阻R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,R1和R2要選擇精度為1%的同類電阻，才能保證基準(zhǔn)電源的長期穩(wěn)定性。

3.2 并聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路

在多種應(yīng)用電路中，實際上是將圖5為在圖4的基礎(chǔ)上將電路稍加改進(jìn)，采用三極管擴(kuò)流，組成大電流基準(zhǔn)電壓源，且圖5中的晶體管可根據(jù)負(fù)載電流的大小選用不同功率的晶體管，這時限流電阻R也要相應(yīng)增加其功率。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路適用于各種傳感器、變送器、和儀表各種A/D轉(zhuǎn)換器中，圖6就是在電偶變送器中的應(yīng)用。

4.串聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路