介绍可调分流基准芯片TL431的特性及其在一些功能电路中的应用。
　　可调分流基准 恒流 恒压 PWM 开关电源
　　1 TL431的简介
　　德州仪器公司(TI)生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值(如图2)。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路、可调压电源,开关电源等等。
　　上图是该器件的符号。3个引脚分别为:阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)。TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。 图1
　　由图可以看到,VI是一个内部的2.5V基准源,接在运放的反相输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同相端)的电压非常接近VI(2.5V)时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管 图1 的电流将从1到100mA变化。当然,该图绝不是TL431的实际内部结构,所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时,这个模块图对开启思路,理解电路都是很有帮助的,本文的一些分析也将基于此模块而展开。
　　2.恒压电路应用
　　图2
　　前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压,所以当在REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压。如图2所示的电路,当R1和R2的阻值确定时,两者对Vo的分压引入反馈,若V o增大,反馈量增大,TL431的分流也就增加,从而又导致Vo下降。显见,这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定,此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出,特别地,当R1=R2时,Vo=5V。需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1 mA 。
　　当然,这个电路并不太实用,但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中的方法。将这个电路稍加改动,就可以得到在很多实用的电源电路,如图3,4。
　　
　　图3 大电流的分流稳压电路 图4 精密5V稳压器
　　3. 恒流电路应用
　　由前面的例子我们可以看到,器件作为分流反馈后,REF端的电压始终稳定在2.5V,那么接在REF端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点,可以将TL431应用很多恒流电路中。
　　如左图是一个实用的精密恒流源电路。原理很简单,不再赘述。但值得注意的是,TL431的温度系数为30ppm/℃,所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多,因而在应用中无需附加温度补偿电路。
　　左图为介绍一个用该器件为传感器电桥提供恒定偏流的电路。
　　这是一个已连成桥路的硅压传感器的前级处理电路。Vref/R2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流,该电流值通常会由传感器制造商提供。流经TL431阴极的电流由R1和电源电压Vs决定,在应用中通常让它等于桥路电流,但一定要注意大于1mA。
　　由于TL431非常易于实现恒压或恒流,而且有很好的温度稳定性,因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用。在此方面的应用例子很多,设计原理并不复杂,本文不再一一介绍。
　　4. 可控分流特性的应用
　　由第1节介绍的功能模块图,当REF端的电压有微小变化时,从阴极到阳极的分流将随之在1~100mA内变化。利用这种可控分流的特性,可以用小的电压变化控制继电器、指示灯等,甚至可直接驱动音频电流负载。
　　5. 在开关电源上的应用
　　 在过去的普通开关电源设计中,通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用,但随着技术的发展,当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。此类结构的开关电源有以下特点:输出经过TL431(可控分流基准)反馈并将误差放大,TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分,而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压,用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间,从而得到一个稳定的直流电压输出。