基于TL431的线性精密稳压电源的设计方案
1.引言
tl431是一个有良好热稳定性能的三端可调精密电压基准集成芯片，具有体积小、价格低廉、性能优良等特点：它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从参考电压（2.5v）到36v范围内的任何值，典型动态阻抗仅为0.2ω，电压参考误差为±0.4%，负载电流能力从1.0ma到100ma，温度漂移低，输出噪声电压低等。基于以上特点，不仅可以用于恒流源电路、电压比较器电路、电压监视器电路、过压保护电路等电路中、还广泛应用于线性稳压电源、开关稳压电源等直流稳压电源电路中，本文对tl431在线性稳压电源中的并联和串联型两种电源进行了详细的介绍。
2.tl431的内部结构和功能
2.1 tl431的符号
该器件的符号如图1，三个引脚分别为：阴极（cathode）、阳极（anode）和参考端（ref），参考电压为2.5v.
2.2 tl431的内部电路图
由内部电路图图2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。
然而其等效功能示意图如图3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。因为r端控制电压误差为±1%，所以参考端能精确地控制tl431的导通与截止。
3.并联稳压电路设计
3.1 基本并联稳压电路原理
tl431内部含有一个2.5v的基准电压，所以当在vref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4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.若使r1短路，r2开路，即把参考端与阴极端短接，此时则有输出电压vo=2.5v（参考端电压），最适合用于数字电压表和模数转换器或其它电路中作基准电压源。
需要注意的是，和在选择电阻r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1ma，r1和r2要选择精度为1%的同类电阻，才能保证基准电源的长期稳定性。
3.2 并联扩流稳压电路
在多种应用电路中，实际上是将图5为在图4的基础上将电路稍加改进，采用三极管扩流，组成大电流基准电压源，且图5中的晶体管可根据负载电流的大小选用不同功率的晶体管，这时限流电阻r也要相应增加其功率。
并联稳压电路适用于各种传感器、变送器、和仪表各种a/d转换器中，图6就是在电偶变送器中的应用。
4.串联扩流稳压电路
tl431除了可使用在并联稳压电路中，图4和图5中的限流电阻r的功耗就要随着输入电压的不同而功率发生变化，需用功率大的限流电阻，否则就会因电流过大而损坏。
采用串联行的接法，如图7，解决了上述问题。将流经限流电阻r电流的分流一部分，用两个npn的三极管v1和v2，通过npn+npn的同极性接法够成npn型达林顿管，放大倍数是v1和v2的放大倍数的乘积。这样集电极不仅分流了图5电阻r承受的大部分电流，解决了所需大功率电阻的问题，而且因达林顿管的电流放大能力增强，使tl431带载能力增强，不用大功率三极管就可接大电流负载。
实际应用中，为差动变压器式位移传感器lvdt稳压电源时，当负载电流为50ma时，流经r的电流仅为1ma，流过达林顿集电极的电路为49ma，电阻r采用小功率表贴电阻就能满足需要，实现恒压功能。而且在宽电源输入下，输出变化量小。如表1，测试条件为r1=2.5kω，r2=3.5kω，r=3kω，负载电流 50ma，tl431选用sot-89封装，型号为tl431qpk，宽电压供电的情况下仅变化1mv.如果在并联电路中使用，替代图5中所示电路，效果更好。
图6所示电路具有良好的热稳定性。由于tl431的温度漂移低，0℃~40℃为 6mv，-40℃~85℃和-40℃~125℃为14mv，所以输出电压的温度特性要比普通恒压源好的多，如果r1和r2选用温度漂移系数低的电阻，恒压电路的整体温度漂移也很小，在应用中无需附加温度补偿电路。实际应用中，r1=2.5kω，r2=3.5kω，从型号tl431qpk，sot-89封装 50个芯片中随机抽取3支，用图6所示电路作为差动变压器式位移传感器的稳压电路，温区范围-40℃~125℃，温漂测量如表2所示，仅有几个到十几毫伏，均符合所给指标。
可见串联电路提高了稳定精度，降低了tl431的功耗，减少了tl431因过热而损坏的机率，上述电路不但可以作为工业级的传感器稳压基准，而且可以为宽温区低温漂的军品级的产品精密稳压电源基准，是一款实用的精密线性稳压电路。
5.结语
本文根据tl431三端可调精密内部结构及特点，阐述了并联稳压电路和串联稳压电路的基本构成和性能。提出了一种tl431的线性精密稳压电源的设计方案。 后经过大量实验和长期应用证明本方案所设计的基于tl431的可调式精密稳压电源实现了大功率、宽电压、低温漂的功能， 性价比高具有很强的使用性能。（作者：彭春文，袁克峰，蒋伯华，董清波，张建，胡竞）
关于14nm嵌入式异构AI芯片的性能分析和应用
三星推出无线耳机GalaxyBuds 可配合S10系列无线反向充电
广州市黄埔区推新型显示产业扶持政策 最高给予一次性8亿元的奖励
芯启源全球第一！ Linux NetDev最新贡献度排名出炉
便携式耐压仪使用时注意细节
基于TL431的线性精密稳压电源的设计方案
宝马发布自动驾驶智能概念车 一台“聪明”的车子
宝兰德应用服务器软件与华为云 GaussDB 完成兼容互认证
Siri音箱什么时候发布？已经开始生产，开卖要等到今年晚些时候
大中华区已有6家航空公司接收了由LEAP-1A提供动力的A320neo飞机
三屏融合是三网融合的有效切入方式
印刷电路板的焊接表面：HAL 无铅
芯科科技获2020最具物联网行业影响力企业奖
用于机器人物体识别和滑动检测的磁敏触觉传感器
宜鼎与微软合力成功研发出了InnoAGETM SSD
创新技术助力科技强军 北信源携核心成果亮相第七届北京军博会
中软鸿联：畅通数字化转型的自主物联网之路
光分配网（ODN）中光缆的组网结构
霍尼韦尔的新控制技术将持续创新引领工业自动化的演进
鼎昆科技利用Semtech的LoRa®器件为文物古建打造白蚁自动化监测预警系统
tl431是一个有良好热稳定性能的三端可调精密电压基准集成芯片，具有体积小、价格低廉、性能优良等特点：它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从参考电压（2.5v）到36v范围内的任何值，典型动态阻抗仅为0.2ω，电压参考误差为±0.4%，负载电流能力从1.0ma到100ma，温度漂移低，输出噪声电压低等。基于以上特点，不仅可以用于恒流源电路、电压比较器电路、电压监视器电路、过压保护电路等电路中、还广泛应用于线性稳压电源、开关稳压电源等直流稳压电源电路中，本文对tl431在线性稳压电源中的并联和串联型两种电源进行了详细的介绍。
2.tl431的内部结构和功能
2.1 tl431的符号
该器件的符号如图1，三个引脚分别为：阴极（cathode）、阳极（anode）和参考端（ref），参考电压为2.5v.
2.2 tl431的内部电路图
由内部电路图图2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。
然而其等效功能示意图如图3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。因为r端控制电压误差为±1%，所以参考端能精确地控制tl431的导通与截止。
3.并联稳压电路设计
3.1 基本并联稳压电路原理
tl431内部含有一个2.5v的基准电压，所以当在vref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4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.若使r1短路，r2开路，即把参考端与阴极端短接，此时则有输出电压vo=2.5v（参考端电压），最适合用于数字电压表和模数转换器或其它电路中作基准电压源。
需要注意的是，和在选择电阻r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1ma，r1和r2要选择精度为1%的同类电阻，才能保证基准电源的长期稳定性。
3.2 并联扩流稳压电路
在多种应用电路中，实际上是将图5为在图4的基础上将电路稍加改进，采用三极管扩流，组成大电流基准电压源，且图5中的晶体管可根据负载电流的大小选用不同功率的晶体管，这时限流电阻r也要相应增加其功率。
并联稳压电路适用于各种传感器、变送器、和仪表各种a/d转换器中，图6就是在电偶变送器中的应用。
4.串联扩流稳压电路
tl431除了可使用在并联稳压电路中，图4和图5中的限流电阻r的功耗就要随着输入电压的不同而功率发生变化，需用功率大的限流电阻，否则就会因电流过大而损坏。
采用串联行的接法，如图7，解决了上述问题。将流经限流电阻r电流的分流一部分，用两个npn的三极管v1和v2，通过npn+npn的同极性接法够成npn型达林顿管，放大倍数是v1和v2的放大倍数的乘积。这样集电极不仅分流了图5电阻r承受的大部分电流，解决了所需大功率电阻的问题，而且因达林顿管的电流放大能力增强，使tl431带载能力增强，不用大功率三极管就可接大电流负载。
实际应用中，为差动变压器式位移传感器lvdt稳压电源时，当负载电流为50ma时，流经r的电流仅为1ma，流过达林顿集电极的电路为49ma，电阻r采用小功率表贴电阻就能满足需要，实现恒压功能。而且在宽电源输入下，输出变化量小。如表1，测试条件为r1=2.5kω，r2=3.5kω，r=3kω，负载电流 50ma，tl431选用sot-89封装，型号为tl431qpk，宽电压供电的情况下仅变化1mv.如果在并联电路中使用，替代图5中所示电路，效果更好。
图6所示电路具有良好的热稳定性。由于tl431的温度漂移低，0℃~40℃为 6mv，-40℃~85℃和-40℃~125℃为14mv，所以输出电压的温度特性要比普通恒压源好的多，如果r1和r2选用温度漂移系数低的电阻，恒压电路的整体温度漂移也很小，在应用中无需附加温度补偿电路。实际应用中，r1=2.5kω，r2=3.5kω，从型号tl431qpk，sot-89封装 50个芯片中随机抽取3支，用图6所示电路作为差动变压器式位移传感器的稳压电路，温区范围-40℃~125℃，温漂测量如表2所示，仅有几个到十几毫伏，均符合所给指标。
可见串联电路提高了稳定精度，降低了tl431的功耗，减少了tl431因过热而损坏的机率，上述电路不但可以作为工业级的传感器稳压基准，而且可以为宽温区低温漂的军品级的产品精密稳压电源基准，是一款实用的精密线性稳压电路。
5.结语
本文根据tl431三端可调精密内部结构及特点，阐述了并联稳压电路和串联稳压电路的基本构成和性能。提出了一种tl431的线性精密稳压电源的设计方案。 后经过大量实验和长期应用证明本方案所设计的基于tl431的可调式精密稳压电源实现了大功率、宽电压、低温漂的功能， 性价比高具有很强的使用性能。（作者：彭春文，袁克峰，蒋伯华，董清波，张建，胡竞）
关于14nm嵌入式异构AI芯片的性能分析和应用
三星推出无线耳机GalaxyBuds 可配合S10系列无线反向充电
广州市黄埔区推新型显示产业扶持政策 最高给予一次性8亿元的奖励
芯启源全球第一！ Linux NetDev最新贡献度排名出炉
便携式耐压仪使用时注意细节
基于TL431的线性精密稳压电源的设计方案
宝马发布自动驾驶智能概念车 一台“聪明”的车子
宝兰德应用服务器软件与华为云 GaussDB 完成兼容互认证
Siri音箱什么时候发布？已经开始生产，开卖要等到今年晚些时候
大中华区已有6家航空公司接收了由LEAP-1A提供动力的A320neo飞机
三屏融合是三网融合的有效切入方式
印刷电路板的焊接表面：HAL 无铅
芯科科技获2020最具物联网行业影响力企业奖
用于机器人物体识别和滑动检测的磁敏触觉传感器
宜鼎与微软合力成功研发出了InnoAGETM SSD
创新技术助力科技强军 北信源携核心成果亮相第七届北京军博会
中软鸿联：畅通数字化转型的自主物联网之路
光分配网（ODN）中光缆的组网结构
霍尼韦尔的新控制技术将持续创新引领工业自动化的演进
鼎昆科技利用Semtech的LoRa®器件为文物古建打造白蚁自动化监测预警系统