|
1 TL431的簡(jiǎn)介 德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個(gè)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(dòng)態(tài)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(kāi)關(guān)電源等等。 左圖是該器件的符號。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)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。 由圖可以看到，VI是一個(gè)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(shí)，三極管中才會(huì )有一個(gè)穩定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著(zhù)REF端電壓的微小變化，通過(guò)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(shí)際內部結構，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來(lái)代替它。但如果在設計、分析應用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對開(kāi)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(kāi)。 2. 恒壓電路應用 前面提到TL431的內部含有一個(gè)2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)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(shí)，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(jiàn)，這個(gè)深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩定，此時(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范圍內的任意電壓輸出，特別地，當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(guò)陰極的電流要大于1 mA 。 當然，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。 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(guò)的電流就應是恒定的。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以將TL431應用很多恒流電路中。 如左圖5是一個(gè)實(shí)用的精密恒流源電路。原理很簡(jiǎn)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(wú)需附加溫度補償電路。 圖5下面就介紹一個(gè)用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路，如圖6。 這是一個(gè)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(huì )由傳感器制造商提供。流經(jīng)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(shí)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(shí)，從陰極到陽(yáng)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(dòng)音頻電流負載。如圖7是此應用的一個(gè)簡(jiǎn)單400mW單聲道功率放大電路。 圖7 圖8 5. 在開(kāi)關(guān)電源上的應用 在過(guò)去的普通開(kāi)關(guān)電源設計中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過(guò)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(fā)揮作用，但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，當今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類(lèi)似拓撲結構的方案。此類(lèi)結構的開(kāi)關(guān)電源有以下特點(diǎn)：輸出經(jīng)過(guò)TL431(可控分流基準)反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)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(lái)調整一個(gè)電流模式的PWM控制器的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩定的直流電壓輸出。上圖是一個(gè)實(shí)用的4W開(kāi)關(guān)型5V直流穩壓電源的電路。該電路采用了此種拓撲結構并同時(shí)使用了TOPSwitch技術(shù)。圖中C1、L1、C8和C9構成EMI濾波器，BR1和C2對輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用于消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，U1是一個(gè)內置MOSFET的電流模式PWM控制器芯片，它接受反饋并控制整個(gè)電路的工作。D3、C3是次極整流濾波電路，L2和C4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。R2和R3是輸出取樣電阻，兩者對輸出的分壓通過(guò)TL431的REF端來(lái)控制該器件從陰極到陽(yáng)極的分流。這個(gè)電流又是直接驅動(dòng)光耦U2的發(fā)光部分的。那么當輸出電壓有變大趨勢時(shí)，Vref隨之增大導致流過(guò)TL431的電流增大，于是光耦發(fā)光加強，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個(gè)變大反饋電壓后將改變MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)間，輸出電壓隨改變而回落。事實(shí)上，上面講述的過(guò)程在極短的時(shí)間內就會(huì )達到平衡，平衡時(shí)Vref=2.5V，又有R2=R3，所以輸出為穩定的5V。這里要注意的是，不再能通過(guò)簡(jiǎn)單地改變取樣電阻R2、R3的值來(lái)改變輸出電壓，因為在開(kāi)關(guān)電源中每個(gè)元件的參數對整個(gè)電路工作狀態(tài)的影響都會(huì )很大。按圖中所示參數時(shí)，電路可在90VAC～264VAC（50/60Hz）輸入范圍內，輸出+5V，精度優(yōu)于±3%，輸出功率為4W，最大輸出電流可達0.8A，典型變換效率為70%。 TL431實(shí)驗手記 1、TL431的簡(jiǎn)介 TL431是一是一個(gè)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(gè)電阻就可以任意地設置到從Vref（2.5V）到36V范圍內的任何值。 圖1是該器件的符號。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)極（ANODE）和參考端（REF）。圖2是TL431的外形圖。圖3是TL431的內部示意圖。 圖1 圖2 圖3 2、恒壓電路應用 TL431的內部含有一個(gè)2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖4所示的電路中，當R1和R2的阻值確定時(shí)，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(jiàn)，這個(gè)深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩定，此時(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范圍內的任意電壓輸出，特別地，當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(guò)陰極的電流要大于1 mA 。 3、實(shí)驗手記 阻值取值：R0取1.5K，R1、R2分別取10K，按結果，應得到5V的輸出電壓。Vin使用12V，實(shí)測電壓為5V。Vin使用24V，實(shí)測電壓5V（我的3 1/2位電表的顯示值），因此，此種器件的精度很高。 接入負載，在C、A端并接負載電阻，Vin用12V。當負載電阻大于2K時(shí)，輸出電壓幾乎看不出任何變化。當電阻小于2K時(shí)，輸出電壓開(kāi)始減小，此時(shí)應當是前面所說(shuō)的陰極電流的條件不符合了。 |
