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牛人支招!基于TL431的線性精密穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2014-01-10 責(zé)任編輯:mikeliu

【導(dǎo)讀】TL431具有良好的熱穩(wěn)定性和三端可調(diào)精密電壓基準(zhǔn)集成芯片,并且體積小,性能優(yōu),價(jià)格低。廣泛的應(yīng)用于恒流源電路、電壓比較電路、電壓監(jiān)視器等電路中。今天給大家?guī)淼氖腔赥L431的線性精密穩(wěn)壓電源,看看牛人怎么進(jìn)行設(shè)計(jì),小伙伴們快來看!
1、基本介紹

TL431,它的輸出電壓用兩個(gè)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(fù)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(diǎn),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(hù)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(jìn)行了詳細(xì)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(gè)引腳分別為:陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF),參考電壓為2.5V.

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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(bǔ)償和保護(hù)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(bǔ)償和保護(hù)作 用,在原理上它是一個(gè)單端輸入、單端輸出直流放大器。

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然而其等效功能示意圖如圖3所示,由一個(gè)2.5V的精密基準(zhǔn)電壓源、一個(gè)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(shí),TL431立即導(dǎo)通。因?yàn)镽端控制電壓誤差為±1%,所以參考端能精確地控制TL431的導(dǎo)通與截止。

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3.并聯(lián)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

3.1 基本并聯(lián)穩(wěn)壓電路原理

TL431內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓,所以當(dāng)在Vref端引入輸出反饋時(shí),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(shí),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(gè)深度的 負(fù)反饋電路必然在等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)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(nèi)的任意電壓輸 出,特別地,當(dāng)R1=R2時(shí),VO=5V.若使R1短路,R2開路,即把參考端與陰極端短接,此時(shí)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。

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需要注意的是,和在選擇電阻R時(shí)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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3.2 并聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路

在多種應(yīng)用電路中,實(shí)際上是將圖5為在圖4的基礎(chǔ)上將電路稍加改進(jìn),采用三極管擴(kuò)流,組成大電流基準(zhǔn)電壓源,且圖5中的晶體管可根據(jù)負(fù)載電流的大小選用不同功率的晶體管,這時(shí)限流電阻R也要相應(yīng)增加其功率。

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并聯(lián)穩(wěn)壓電路適用于各種傳感器、變送器、和儀表各種A/D轉(zhuǎn)換器中,圖6就是在電偶變送器中的應(yīng)用。

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4.串聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路

TL431除了可使用在并聯(lián)穩(wěn)壓電路中,圖4和圖5中的限流電阻R的功耗就要隨著輸入電壓的不同而功率發(fā)生變化,需用功率大的限流電阻,否則就會因電流過大而損壞。

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采用串聯(lián)行的接法,如圖7,解決了上述問題。將流經(jīng)限流電阻R電流的分流一部分,用兩個(gè)NPN的三極管V1和V2,通過NPN+NPN的同極性接法 夠成NPN型達(dá)林頓管,放大倍數(shù)是V1和V2的放大倍數(shù)的乘積。這樣集電極不僅分流了圖5電阻R承受的大部分電流,解決了所需大功率電阻的問題,而且因達(dá) 林頓管的電流放大能力增強(qiáng),使TL431帶載能力增強(qiáng),不用大功率三極管就可接大電流負(fù)載。

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實(shí)際應(yīng)用中,為差動變壓器式位移傳感器LVDT穩(wěn)壓電源時(shí),當(dāng)負(fù)載電流為50mA時(shí),流經(jīng)R的電流僅為1mA,流過達(dá)林頓集電極的電路為49mA, 電阻R采用小功率表貼電阻就能滿足需要,實(shí)現(xiàn)恒壓功能。而且在寬電源輸入下,輸出變化量小。

如表1,測試條件為R1=2.5KΩ,R2=3.5KΩ,R=3KΩ,負(fù)載電流50mA,TL431選用SOT-89封裝,型號為TL431QPK,寬電壓供電的情況下僅變 化1mV.如果在并聯(lián)電路中使用,替代圖5中所示電路,效果更好。

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圖6所示電路具有良好的熱穩(wěn)定性。由于TL431的溫度漂移低,0℃~40℃為6mV,-40℃~85℃和-40℃~125℃為14mV,所以輸出 電壓的溫度特性要比普通恒壓源好的多,如果R1和R2選用溫度漂移系數(shù)低的電阻,恒壓電路的整體溫度漂移也很小,在應(yīng)用中無需附加溫度補(bǔ)償電路。實(shí)際應(yīng)用中,R1=2.5KΩ,R2=3.5KΩ,從型號TL431QPK,SOT-89封裝50個(gè)芯片中隨機(jī)抽取3支,用圖6所示電路作為差動變壓器式位移傳感 器的穩(wěn)壓電路,溫區(qū)范圍-40℃~125℃,溫漂測量如表2所示,僅有幾個(gè)到十幾毫伏,均符合所給指標(biāo)。

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可見串聯(lián)電路提高了穩(wěn)定精度,降低了TL431的功耗,減少了TL431因過熱而損壞的機(jī)率,上述電路不但可以作為工業(yè)級的傳感器穩(wěn)壓基準(zhǔn),而且可以為寬溫區(qū)低溫漂的軍品級的產(chǎn)品精密穩(wěn)壓電源基準(zhǔn),是一款實(shí)用的精密線性穩(wěn)壓電路。

5.小編的話

根據(jù)TL431三端可調(diào)精密內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),我們設(shè)計(jì)了一種TL431的線性精密穩(wěn)壓電源。小伙伴們感覺怎么樣,是不是對你們非常有幫助呢?效果還是非常不錯(cuò)的吧!

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