基于TL431的線性精密穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案
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: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%,負載電流能力從1.0mA到100mA,溫度漂移低,輸出噪聲電壓低等?;谝陨咸攸c,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)型兩種電源進行了詳細的介紹。
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、補償和保護電路組成,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、補償和保護作用,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。因為R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
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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