介紹可調分流基準芯片TL431的特性及其在一些功能電路中的應用。
　　可調分流基準 恒流 恒壓 PWM 開關電源
　　1 TL431的簡介
　　德州儀器公司(TI)生產的TL431是一是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5V)到36V范圍內的任何值(如圖2)。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω,在很多應用中可以用它代替齊納二極管,例如,數字電壓表,運放電路、可調壓電源,開關電源等等。
　　上圖是該器件的符號。3個引腳分別為:陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。TL431的具體功能可以用如圖1的功能模塊示意。 圖1
　　由圖可以看到,VI是一個內部的2.5V基準源,接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知,只有當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100mA變化。當然,該圖絕不是TL431的實際內部結構,所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用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.恒壓電路應用
　　圖2
　　前面提到TL431的內部含有一個2.5V的基準電壓,所以當在REF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2所示的電路,當R1和R2的阻值確定時,兩者對Vo的分壓引入反饋,若V o增大,反饋量增大,TL431的分流也就增加,從而又導致Vo下降。顯見,這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩定,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范圍內的任意電壓輸出,特別地,當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1 mA 。
　　當然,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用中的方法。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 大電流的分流穩壓電路 圖4 精密5V穩壓器
　　3. 恒流電路應用
　　由前面的例子我們可以看到,器件作為分流反饋后,REF端的電壓始終穩定在2.5V,那么接在REF端和地間的電阻中流過的電流就應是恒定的。利用這個特點,可以將TL431應用很多恒流電路中。
　　如左圖是一個實用的精密恒流源電路。原理很簡單,不再贅述。但值得注意的是,TL431的溫度系數為30ppm/℃,所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡像恒流源或恒流二極管好得多,因而在應用中無需附加溫度補償電路。
　　左圖為介紹一個用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路。
　　這是一個已連成橋路的硅壓傳感器的前級處理電路。Vref/R2的值應設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TL431陰極的電流由R1和電源電壓Vs決定,在應用中通常讓它等于橋路電流,但一定要注意大于1mA。
　　由于TL431非常易于實現恒壓或恒流,而且有很好的溫度穩定性,因此很適合于儀表電路、傳感器電路等設計應用。在此方面的應用例子很多,設計原理并不復雜,本文不再一一介紹。
　　4. 可控分流特性的應用
　　由第1節介紹的功能模塊圖,當REF端的電壓有微小變化時,從陰極到陽極的分流將隨之在1~100mA內變化。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,甚至可直接驅動音頻電流負載。
　　5. 在開關電源上的應用
　　 在過去的普通開關電源設計中,通常采用將輸出電壓經過誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應用中也能較好地發揮作用,但隨著技術的發展,當今世界的電源制造業大多已采用一種有類似拓撲結構的方案。此類結構的開關電源有以下特點:輸出經過TL431(可控分流基準)反饋并將誤差放大,TL431的沉流端驅動一個光耦的發光部分,而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓,用來調整一個電流模式的PWM控制器的開關時間,從而得到一個穩定的直流電壓輸出�！　　　　�