TL431三端取樣集成電路在可調直流電源中的應用
2017-5-11 17:18:34??????點擊：
TL431是一個具有良好的熱穩定性能的三端可調精密電壓基準IC，也稱為電壓調節器或三端取樣集成電路，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，該器件的典型動態阻抗為0.2Ω，因其性能好、價格低，因此廣泛應用在各種電源電路中。例如，數字電壓表，運放電路、可調直流穩壓電源，開關開關電源，充電機等等。
一、 原理及參數
TL431其封裝形式與塑封三極管9013等相同，如圖1a所示，同類產品還有圖1b所示的雙列直插外形的。它有3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。分別簡記為C、A、R，在電路中的符號如圖1（c）所示。圖2為功能模塊示意圖。由圖可以看到，Vref是一個內部為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Vref（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，通過三極管的電流將從1到150mA變化（該圖絕不是TL431的實際內部結構，只是用來分析功能）。
在圖3所示的電路中，當R1和R2的阻值確定時，兩者對V0的分壓引入反饋，若V0增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導致V0下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在REF端的電壓等于基準電壓處穩定，此時V0=(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，V0=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 。
TL431的主要參數為：
1.最大輸入電壓為37V。
2.最大工作電流150mA。
3.內基準電壓為2.5V（實際典型值為2.495V，最大值為2.520V，最小值為2.470V，一般計算取2.5V）。
4.輸出電壓范圍為2.5—36V。
5.使用溫度范圍為0—70℃（另有寬溫度范圍的一類為-40—85℃）。
二、性能測試
按圖4所示電路進行連接，分為輸入電壓發生變化、負載電阻發生變化、確定穩壓值的分壓電阻發生變化等三種情況，對TL431的性能指標測試如下：
由表一數據可見：輸入電壓發生變化，只要在IC陰極電流不小于0.6mA的情況下，對輸出電壓無明顯影響，即V0幾乎不變。由表二數據可見：負載電阻發生變化，只要在IC陰極電流不小于0.6mA的情況下，對輸出電壓無明顯影響。由表三數據可見：確定穩壓值的分壓電阻同時發生變化，但R1阻值在幾十KΩ以下時，對輸出電壓無明顯影響。
綜合以上測試分析，可得如下結論：
1、TL431的動態穩壓效果很好，穩壓精度特別高。輸入電壓Vi、負載電阻RL在一定范圍內變化，對輸出電壓無明顯影響。
2、在設計電路時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于0.6mA，通常取大于1mA。
3、確定穩壓值的分壓電阻取值不能太大，可取幾百Ω—幾十KΩ，一般取幾KΩ—十幾KΩ為好。
對于第3點，原因是穩壓值的精確計算公式應為：V0=(1+R1/R2)Vref+ R1·Iref，Iref是參考端（REF）的輸入電流，在0.8—1.5 uA 間，當R1的值不太大時，R1·Iref 的值極小，可忽略不記，簡化為平常使用的公式：V0=(1+R1/R2)Vref。但當R1很大時，R1·Iref的值已不可忽略，公式V0=(1+R1/R2)Vref即不適用了。
三、應用及質量判斷
1、恒壓電路應用
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，控制輸出電壓穩定不變。如圖3所示的電路，當R1和R2的阻值確定時，此時V0=2.5(1+R1/R2)V。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，V0=5V。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，就可以得到很多實用的電源電路。如圖5就是一個用TL431為核心部件的實用的可調三端穩壓電源，它是利用TL431精密穩壓源和大功率高反壓達林頓三極管D768擴流組合而成。D768的電流為5A，功率為50W，正向最小工作電壓為1.5V。在輸入電壓為5V～33V時，輸出電壓為2V～30V連續可調。在使用時應根據功率大小為D768配備散熱片。
2、恒流電路應用
由前面的分析可見，器件作為分流反饋后，REF端的電壓始終穩定在2.5V，那么當接在REF端和地之間的電阻一定時，流過它的電流就應該是恒定的。利用這個特點，可以將TL431應用很多恒流電路中。如圖6就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。圖7是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Vin決定。
3、可控分流特性的應用
根據圖2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1～150mA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，如圖8就是一個用電壓幅度為5V的數字信號控制12V繼電器工作的電路。如圖9就是可以直接驅動音頻電流負載的一個簡單電路—400mW單聲道功率放大電路。
4、電極判斷及質量檢測
TL431質量好壞及電極判斷，可用萬用表測量任意兩極之間電阻值。下表即是用500型萬用表R×1kΩ檔測試的各極之間的阻值，“-”號代表黑表筆，“+”號代表紅表筆。
TL431各極之間的阻值如下頁表四所示
各廠家生產的精密電壓基準IC性能參數基本相同，損壞后，如無相同型號的進行更換，可用KA431、μA431、LM431、YL431、S431、TA76431S、μPC10931J、SD431等直接代換。
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