今天讲的是电压精密可调并联稳压芯片TL431，主要分为以下几个方面：

一、TL431简介

二、TL431特点

三、TL431工作原理

四、TL431常见应用电路

五、TL431注意事项

六、总结

一、TL431简介

TL431是一款在2.50~36V可调精密并联稳压器，它是一种具有可调电流输出能力的基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

图 1 TL431实物图

二、TL431特点

• 输出电压最高到 40V

• 动态输出阻抗低，典型值为 0.2Ω

• 阴极电流能力为 0.1mA~100mA

• 低输出噪声

• 全温度范围内温度特性平坦，典型值为 50ppm/℃

• 快速开态响应

• ESD 电压为 2000V输出电压计算公式：UO=2.5*{1+(R1/R2)}

• 低输出噪声

• 0.2Ω 输出阻抗典型值

• 灌电流能力：1mA至100mA

三、TL431工作原理

该器件的符号如图2，三个引脚分别为：阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)，参考电压为2.5V。

图 2 TL431引脚图

图3可以看出，它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成，其中晶体管V1构成输入极，V3、V4、V5构成稳压基准，V7和V8组成的镜像恒流源与V6、V9构成差分放大器作中间级，V10、V11形成复合管，构成输出，其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用，在原理上它是一个单端输入、单端输出直流放大器。

图 3 TL431内部电路图

如其等效功能示意图如图4所示，由一个2.5V的精密基准电压源、一个电压比较器和一输出开关管等组成，参考端的输出电压与精密基准电压源Vref相比较，当参考端电压超过2.5V时，TL431立即导通。

图 4 TL431等效功能示意图

四、TL431应用电路

1、并联稳压器

这是TL431用得最多的电路，输出电压Vout=(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。由于参考极输入用的是射极跟随器，因此具有很高的输入阻抗，而输入电流很小。

对于此电路，基本分析步骤为：

1）确定稳压电压

2）确定负载最大电流

3）根据输入电压Vin、稳压电压，限流电阻R确认TL431的工作电流（1mA~100mA）

4）算出限流电阻R的功率，P=（Vin-Vout）*（Vin-Vout）/R，选择合适的电阻R

Eg：输入电压12V，输出电压为3.3V，根据TL431的Ref引脚只需要uA级的电流就看实现稳压，因此R1和R2可选择K级电阻，K1这里选择15K，那么K2为47K，输出电压3.297V；

负载电流Iout假设是30mA，流过TL431的电流IKA可以按照最小值1mA计算，那么输入电流Iin=Iout+IKA=31mA，那么电流电阻R≤（Vin-Vout）/Iin≈280Ω，可以取220欧姆，此时电阻功率P≈344mW，电阻可取3/4W的2010封装贴片电阻。注意TL431的耗散功率，一般是350mW左右，即PD≥Iout*Vout。此种稳压器功率较小，一般只用作基准电源，适合于宽输入电压或存在大的输入电压瞬变场合。

图 5 并联稳压器

2、串联稳压器

串联稳压器可以说是并联稳压器的扩充，但是电流可以输出很大（如果用大电流的复合管），但是输出电压公式一样的，Vout=(1+R1/R2)Vref，注意输出最小值Vout（min）=Vref+Vbe。

R为TL431提供工作电流同时也为晶体管Q提供基极电流，C1起到补偿作用，TL431耗散功率PD=Vout*(Iout/β)，其中β为晶体管放大倍数。这种基准电源适合于负载电流变化，电源电流和负载电流同时减小或者需要对基准源进行休眠或关断的场合。

图 6 串联稳压器

3、并联扩流稳压电路

并联扩流稳压电路是在基本的并联稳压电路基础上修改而来，通过增加三极管，三极管的发射极连接到输出电压端，利用三极管的放大状态，使其具有扩流作用。

图 7 并联扩流稳压电路

4、比较器

利用TL431的基准电压Vref可以设计带温补电压基准的单电源比较器，其中Vth=Vref，当Vin＜Vref时，Vout＞0；当Vin＞Vref时，Vout=2V。

图 8 比较器

5、恒流源

由于Vref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设计出精密的恒流源。恒流电流I=Vref/R1。

图 9 恒流源

五、TL431注意事项

1.用一只电容器与TL431并联使用，减小输出噪声

TL431的使用和稳压二极管的使用又十分相似，稳压二极管在电路中工作时，其自身会产生一种不规则的周期性噪声，这种不规则的噪声称为齐纳噪声。尽管齐纳噪声的电平不高，但它却是影响稳压二极管输出特性的重要原因之一。并联的电容就可以吸收稳压二要管的齐纳噪声，以改善稳压二极管的输出特性。另外，并联在稳压二极管上的电容还可以吸收电源的纹波，使得稳压二极管的输出电压更加平稳。其次，当稳压二极管与电容并联使用时，由于电容的充电作用，会使稳压二极管输出电压的建立时间增加，使输出电压缓慢地上升，不过，这仅是接通电源瞬间的情况。正常工作时，稳压二极管的输出电压是完全稳定的。 但是，当TL431与电容并联，其选用的容量值不适合时，有时不但起不到好的作用，反而会产生振荡现象，这是因为流过TL431的电流和电容的容量有一定的关系。

实验表明，如果用容量为0.01~3μF的电容器并联在TL431上，很有可能使TL431产生振荡，因此，当TL431与电容并联使用时，应使TL431并联的电容器值大于3μF或小于0.01μF，对此必须引起注意。但当输出电压大于15V，IK大于10mA可完全避免振荡的发生。实际应用时要求并联一个33uF/10V的钽电容或者并联一个47uF/16V的电解电容。

2.应注意电流大小问题

流过TL431的最小电流必须大于1mA，否则失去稳压性能，最大不能超过100mA，否则就会损坏TL431，所以限流电阻的选择很重要。

3.应注意功耗问题

例如常见TO-92封装的TL431最大功耗为0.7W，TL431在电路的实际消耗为P=Vo*I，Vo为输出电压，I为通过TL431的电流，因此，TL431只有在输出不超过5V时才可输出140mA电流，输出电压为7V时，只能输出100mA电流，这是因为受功耗限制的缘故。常规功耗为0.5~1.2W，当其在高温、高压或大电流条件下使用时，要注意通风、散热和安全性。

4.应注意取样电阻R1和R2的选择问题

取样电阻的选材及布放，直接影响到稳压精度和温度特性，因此必须选用温度系数小、噪声小、功率裕量大的同型号精密电阻。由公式Vo=2.5*（1+R1/R2），取Vo最大为36V，可以计算出的R1/R2最大比值为13.4，即R1最大是R2的13.4倍。

由于TL431是有较高的开环增益且响应速度快，当取样点（R1、R2的连接点）离两极较远时，电路容易产生超调自激，所以在使用时要引起注意。

5.最小维持电流与最小阴极电压

由于TL431的内部基准Vref是靠阴极电流维持，并且低于极间电压，所以应用时要注意：TL431的输出极截止后，仍必须有大于0.2mA的阴极维持电流;当输出极“饱和”后，极间电压仍至少大于2.2V。

六、总结

总之，TL431是一片设计精巧、应用方便、性能可靠、性价比较高的稳压基准，而且价格低廉，在开关电源方面应用前景广阔。

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