基于TL431的線性精密穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案
來源：電子技術(shù)網(wǎng) 作者：彭春文等2013年12月16日 13:44
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[導(dǎo)讀] 本文根據(jù)恒壓供電傳感器、變送器的需要，針對溫度漂移小，輸入寬電壓及大電流負(fù)載的問題，鑒于常用單端穩(wěn)壓芯片TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特點(diǎn)，提出了一種TL431的線性精密穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，通過測試結(jié)果分析本方案所設(shè)計(jì)的可調(diào)式精密穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)了大功率、寬電壓、低溫漂的功能，具有很強(qiáng)的使用性能。
關(guān)鍵詞：TL431穩(wěn)壓電源
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(diǎn)：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(diǎn)，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(bǔ)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(bǔ)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?yàn)镽端控制電壓誤差為±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(jì)
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。
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