胡晓波:TL43l直流集成基准电压源原理及应用

三、普通型可调基准电压源原理及应用

TL43l是美国德州仪器公司(Texas Instruments，简称TI)生产的2．50—36V可调式精密并联稳压器。它属于一种具有电流输出能力的可调基准电压源。其性能优良，价格低廉，可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。此外，TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等。目前在单片精密开关电源中，常用它构成外部误差放大器，再与光耦合器一起组成隔离式反馈电路。

TL43l的同类产品还有TLV43lA低压可调式精密并联稳压器，后者能输出1．24～6V的基准电压。

(一)TIA31的性能特点

1)TL43l系列产品包括TL43lC、TL43l AC、TL43lI、TL431AI、TL43l M、TL43lY，共6种型号。它们的内部电路完全相同，仅个别技术指标略有差异。例如，TL43lc和TL43lAC的工作温度范围是0～70℃，而TL43lJ为-40～85℃，TL431M为-55～125℃。

2)它属于三端可调式器件，利用两只外部电阻可设定2．50—36V范围内的任何基准电压值。TL43l的电压温度系aT=30×10-6／℃(即30ppm／℃)。

3)动态阻抗低，典型值为0．2Ω。

4)输出噪声低。

5)阴极工作电压VKA的允许范围是2．50～36V，极限值为37V。阴极工作电流IKA=l～100mA，极限值是150mA。其额定功率值与器件的封装形式和环境温度有关。以采用双列直插式塑料封装的TL43lCP为例，当环境温度TA=25℃时，其额定功率为1000mW；TA>25℃时则按8．0mW／℃的规律递减。

(二)TIA31的工作原理

TL431大多采用DIP一8或T0—92封装形式，引脚排列分别如图1一12a、b所示。图中，A(anode)为阳极，使用时需接地。K(cathode)为阴极，需经限流电阻后接正电源。VREF是输出基准电压值的设定端，外接电阻分压器。NC为空脚。TL43l的等效电路如图l一12c所示，主要包括4部分：①误差放大器A，其同相输入端接取样电压VREF，反相输入端则接内部2．50V基准电压Vref，并且设计的VREF=VRRef；②内部2．50V(准确值为2．495V)基准电压源Vref；③NPN型晶体管VT，在电路中起调节负载电流的作用；④保护二极管VD，能防止因K—A间电源极性接反而损坏芯片。

TL431的电路图形符号和基本接线如图1一13所示。它相当于一只可调齐纳稳压管，输出电压由外部精密电阻R1和R2来设定，有公式

R3是IKA的限流电阻。选取R3阻值的原则是，当输入电压Vi为最小值时必须保证100mA≥IKA≥1mA，以便使TL431能正常工作。

TL431的稳压原理可分析如下：当由于某种原因致使V。升高时，取样电压vref也随之升高，使VREF>Vref，比较器输出高电平，令VT导通，V。↓。反之，V。↓→VREF

下面介绍T1431的两个重要参数。

(三)TL431的应用技巧

    1．三端固定式稳压器实现可调输出  将7800系列三端固定式集成稳压器配上T1431，即可实现可调电压输出，电路如图l一14所示。现将TL431接在7805型三端稳压器的公共端(GND)与地之间，通过调节R1来改变输出电压值，此时仍用式(1—9)计算V。值。需要说明两点：第一，因7805的静态工作电流Id为几至几十毫安，并且从GND端流出来，恰好可为TL431提供合适的阴极电流IKA，故Vi与TL431的阴极之间无需接限流电阻；第二，TL431能提升7805的GND端电位，使VGND=VKA，因此该稳压器的最低输出电压Vomin=VREF+5V=7．5V。最高输入电压Vimax=37．5V，7805的最高输入电压为35V，其余2．5V压降由TL431承受。

2．5V、1．5A精密稳压器TL431亦可配LM317型三端可调式集成稳压器，构成如图l一15所示的5V、1．5A固定输出式精密稳压器。TL431接于LM317的调整端(ADJ)与地之间。R1和R2均采用误差为±O．1％的精密金属膜电阻。鉴于LM317本身的静态工作电流Id=IADJ=50μA《1mA，无法给TL431提供正常的阴极电流值，因此在电路中需增加R3。V。经过R3向TL431供给的阴极电流IKA应大于1mA才能保证芯片正常工作。当R3=240Ω时，IKA=5mA>1mA。

3．大电流并联稳压器前面介绍的均为TL43l在串联式线性稳压器中的应用。若将TL431配以PNP型功率管，还可构成大电流并联式稳压器，电路如图l一16所示。调整R1就能改变V。值。

4．简易5V精密稳压器  由TL431和NPN型功率管构成的5V串联式精密稳压器电路，如图1—17所示。

5．电压监视器  由两片TL431(ICl、IC2)构成的电压监视器电路如图1—18所示。现利用发光二极管LED作为电源电压正常状态的指示灯。电压上限VH和电压下限VL分别由下式确定：

R3为LED的限流电阻，R4的阻值应使IC2的阴极电流大于1mA，ICl和IC2可等效于两只并联式开关。仅当电源电压正常，即VH>Vi>VL时，LED发光，表示被监视电压Vi符合规定。一旦Vi>VH，出现过电压时，ICl就导通，VK1↓，使得Ic2截止，VK2↑，LED就因负极接高电位而停止发光。倘若V1

6．TL431的其他应用  由TL431构成的延时指示器电路如图1—19所示。该电路的延迟时间由下式确定：

R1为定时电阻，C是定时电容。当开关S断开时，电源Vi就经过R1对C进行充电，但此时Vc<2．50V，故VK呈高电位，使LED熄灭。随着Vc不断升高，一旦达到2．50V，VK就变成低电位，令LED发光。因此，LED的熄灭时间就代表电路的延迟时间t。例如，当Vi=12V、R1=1MΩ、C=0．1μF时，代人式(1一15)计算出t=23ms。若将s闭合，电容c就迅速放电，并为下次延时做好准备。

TL43l还能构成精密恒流源，电路如图1—20所示，RL是负载。恒定电流由下式确定：