基於TL431的並聯擴流穩壓電路的設計方案

2021-01-08 電子產品世界

引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/327965.htm

TL431是一個有良好熱穩定性能的三端可調精密電壓基準集成晶片，具有體積小、價格低廉、性能優良等特點：它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從參考電壓(2.5V)到36V範圍內的任何值，典型動態阻抗僅為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。基於以上特點，不僅可以用於恆流源電路、電壓比較器電路、電壓監視器電路、過壓保護電路等電路中、還廣泛應用於線性穩壓電源、開關穩壓電源等直流穩壓電源電路中，本文對TL431在線性穩壓電源中的並聯和串聯型兩種電源進行了詳細的介紹。

TL431的內部結構和功能

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、TL431的內部電路圖

由內部電路圖圖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，其中電晶體V1構成輸入極，V3、V4、V5構成穩壓基準，V7和V8 組成的鏡像恆流源與V6、V9構成差分放大器作中間級，V10、V11形成複合管，構成輸出，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的精密基準電壓源、一個電壓比較器和一輸出開關管等組成，參考端的輸出電壓與精密基準電壓源Vref相比較，當參考端電壓超過2.5V時，TL431立即導通。因為R端控制電壓誤差為±1%，所以參考端能精確地控制TL431的導通與截止。

並聯穩壓電路設計

1、基本並聯穩壓電路原理

TL431內部含有一個2.5V的基準電壓，所以當在Vref端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬範圍的分流，控制輸出電壓。如圖4所示的電路，當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，從而又導致VO下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在等於基準電壓處穩定，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範圍內的任意電壓輸出，特別地，當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)，最適合用於數字電壓表和模數轉換器或其它電路中作基準電壓源。


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於1mA，R1和R2要選擇精度為1%的同類電阻，才能保證基準電源的長期穩定性。

2、並聯擴流穩壓電路

在多種應用電路中，實際上是將圖5為在圖4的基礎上將電路稍加改進，採用三極體擴流，組成大電流基準電壓源，且圖5中的電晶體可根據負載電流的大小選用不同功率的電晶體，這時限流電阻R也要相應增加其功率。

並聯穩壓電路適用於各種傳感器、變送器、和儀表各種A/D轉換器中，圖6就是在電偶變送器中的應用。

串聯擴流穩壓電路

TL431除了可使用在並聯穩壓電路中，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。

採用串聯行的接法，如圖7，解決了上述問題。將流經限流電阻R電流的分流一部分，用兩個NPN的三極體V1和V2，通過NPN+NPN的同極性接法夠成 NPN型達林頓管，放大倍數是V1和V2的放大倍數的乘積。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，而且因達林頓管的電流放大能力增強，使TL431帶載能力增強，不用大功率三極體就可接大電流負載。

實際應用中，為差動變壓器式位移傳感器LVDT穩壓電源時，當負載電流為50mA時，流經R的電流僅為1mA，流過達林頓集電極的電路為49mA，電阻 R採用小功率表貼電阻就能滿足需要，實現恆壓功能。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.如果在並聯電路中使用，替代圖5中所示電路，效果更好。

圖6所示電路具有良好的熱穩定性。由於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恆壓源好的多，如果R1和R2選用溫度漂移係數低的電阻，恆壓電路的整體溫度漂移也很小，在應用中無需附加溫度補償電路。實際應用中，R1=2.5KΩ，R2=3.5KΩ，從型號TL431QPK，SOT-89封裝 50個晶片中隨機抽取3支，用圖6所示電路作為差動變壓器式位移傳感器的穩壓電路，溫區範圍-40℃~125℃，溫漂測量如表2所示，僅有幾個到十幾毫伏，均符合所給指標。

可見串聯電路提高了穩定精度，降低了TL431的功耗，減少了TL431因過熱而損壞的機率，上述電路不但可以作為工業級的傳感器穩壓基準，而且可以為寬溫區低溫漂的軍品級的產品精密穩壓電源基準，是一款實用的精密線性穩壓電路。

結語

本文根據TL431三端可調精密內部結構及特點，闡述了並聯穩壓電路和串聯穩壓電路的基本構成和性能。提出了一種TL431的線性精密穩壓電源的設計方案。 後經過大量實驗和長期應用證明本方案所設計的基於TL431的可調式精密穩壓電源實現了大功率、寬電壓、低溫漂的功能， 性價比高具有很強的使用性能。


相關焦點

  • 並聯穩壓電路原理簡介及並聯擴流穩壓電路設計
    基於以上特點，不僅可以用於恆流源電路、電壓比較器電路、電壓監視器電路、過壓保護電路等電路中、還廣泛應用於線性穩壓電源、開關穩壓電源等直流穩壓電源電路中，本文對TL431在線性穩壓電源中的並聯和串聯型兩種電源進行了詳細的介紹。
  • 基於LT3080和TL431組合的教學用穩壓電源系統
    而經典的DH1729穩壓電源採用分立元件組成。電路複雜;FY13003-3D型穩壓電源採用分立元件與集成比較器結合，電路更複雜，故障率高;簡易型WD-5穩壓電源採用三端穩壓集成電路，但性能低，適應範圍窄;而新穎的數位化穩壓電源成本高。這裡基於LT3080低功耗集成穩壓電路的特性，使用TL431做比較器，簡化電路設計，提高電源效率和工作可靠性.使整個穩壓電源結構簡單，易於調試，方便維修。
  • 萬能TL431穩壓電路 輕鬆實現溫控集成
    TL431是一種非常經典並且常見的可控精密穩壓源，由於其較為特殊的動態抗阻值，在電路中經常被用來代替穩壓二極體，在開關電源本篇文章將介紹基於TL431的可變分壓型穩壓溫控電路。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/326972.htm工作原理在與電源進行接觸之後，電路當中的加熱電阻將藉由繼電器的常閉觸點，來得到220V的交流電，從而開始加熱。
  • 基於開關電源的多電源並聯控制系統設計
    摘要：本文研製一個基於開關電源的多電源的並聯控制系統設計方案，採用UC3825和UC3907作為系統和均流控制系統的核心晶片，同時採用移相式全橋變換器的拓撲結構作為逆變電路，實驗仿真結果表明它基本達到設計要求，具有輸出電壓可調
  • DC-DC電源常用電路設計方案知識
    DC/DC轉換電路主要分為穩壓管穩壓電路、線性（模擬）穩壓電路和開關型穩壓電路三類，下面來談談這三類的常用設計方案。（一）在眾多DC/DC轉換電路方案中，最簡單的是穩壓管電路設計方案。穩壓管穩壓電路結構簡單，但是帶負載能力差，輸出功率小，一般只為晶片提供基準電壓，不做電源使用。
  • 一種基於AT89C51的智能穩壓電源的設計方案
    2組成模塊電路設計方案　　(1)電源電路模塊設計方案。採用LM7815、LM7915系列三端穩壓器穩壓電路(電路如圖2)為運放TL082、單片機AT89C51和數模轉換DAC08 32器件提供穩定的工作電壓，實現系統的工作電壓和系統穩壓電源的連續步進可調。
  • 基於開關電源的並聯供電系統設計
    在大功率開關電源中，通常採用多個單元並聯獲取大電流的方法獲取大功率。1 系統方案論證系統採用兩個開關電源單元並聯的方案實現兩路並聯供電系統，兩路模塊的額定功率均為16W，輸出電壓為8V。其框圖如圖1所示。
  • 基於AT89C51智能型穩壓電源的設計
    摘要 介紹了一種基於AT89C51的智能穩壓電源的設計方案，其核心技術是通過AT89C51控制數模轉換來改變其後穩壓模塊的輸出1 AT89C51智能型穩壓電源設計原理1．1 設計系統框圖 系統由各模塊組成，其模塊構成的系統框圖如圖1所示。
  • TL431的原理及應用研究
    其中VR為基準電壓（VR=2.5V），A為同相放大器，V為並聯型調整管（總增益A0≥1000倍），W為饋電支路。其封裝引腳如圖2(b)，電路符號如圖2(c)所示。 3 技術指標 TL431的電氣參數見表1。
  • 一個經典的三端穩壓器擴流電路詳細講解
    一個經典的三端穩壓器擴流電路詳細講解 福星電子網 發表於 2020-05-05 15:40:00 　　下圖為在非常流行的經典電路上做小許改動的電路圖。
  • 基於單片機的電動車36V鋰電池組保護電路設計方案
    針對目前電動車鋰電池組所用的保護電路大多都由分立原件構成，存在控制精度不夠高、技術指標低、不能有效保護鋰電池組等特點，本文中提出一種基於單片機的電動車36V鋰電池組（由10節3. 6 V鋰電池串聯而成）保護電路設計方案，利用高性能、低功耗的ATmega16L 單片機作為檢測和控制核心，用由MC34063構成的DC
  • 解析LED串聯與並聯驅動電路特性
    我的煤炭網>新聞>行業熱點>新能源>解析LED串聯與並聯驅動電路特性 解析LED串聯與並聯驅動電路特性 發布日期：2020-12-02 15:06:42 新聞歸檔
  • 兩個穩壓二極體串聯和並聯的問題
    穩壓管的串並聯特性 　　電阻和電容都可以進行串GRM1885C1H271JA01D並聯使用，穩壓管可以和普通電阻、電容一樣進行串並聯連接。當兩個穩壓管如圖1-56 （a）所示串聯連接時，埠輸出電壓為兩個穩壓管穩定電壓之和。當兩個穩壓管如圖1-56 （b）所示並聯連接時，在同樣的反向電壓作用下，擊穿電壓較小的6V穩壓管首先導通，則輸出電壓就被鉗制在6V，此時8V的穩壓管仍然處於反向截止狀態，所以，當具有不同穩壓值的穩壓管並聯連接時，只能是穩壓值低的穩壓管起作用，其他的穩壓管都不起作用。
  • LED日光燈設計原理及實現方案
    全電壓20W日光燈開關恆流源 以AC 85V～245V全電壓輸入為例，採用PT4107 PWM LED驅動控制器來做LED日光燈驅動電源的主晶片，設計一個比較理想的應用電路方案(圖3)。該方案由全電路由抗浪湧保護、EMC濾波、全橋整流、無源功率因素校正(PFC)、降壓穩壓器、PWM LED驅動控制器、擴流恆流電路組成。
  • 基於SG3524的開關穩壓電源設計
    為此，本文提出一種新的帶過載保護的開關穩壓電源設計方案，能為農用大型機械和農業照明設備電路提供穩定的電源，具有比較廣闊的應用和發展前景。 　　1 　方案論證 　　1. 1 　DC2DC主迴路拓撲電路方案論證　　目前，DC2DC 主迴路設計方案可考慮的方案有3 種。　　（1） 單端正激式電路。該電路的電路原理圖如圖1 所示。
  • 基於TL431簡易電路實現電壓檢測的方法
    1.2、光纖通信布局 　　根據點到多點的無源光網絡方案，本文舉一個例子，下圖（圖1）為無源光網絡的典型布局圖，由光線路終端（OLT）來管理眾多的家庭用戶（ONU），光線路終端放在小區或單位的機房，每個光模塊分別放在每戶家庭或每個辦公室，核心交換機則放置於電信運營商的機房。
  • 基於EXB841的IGBT 驅動電路優化設計
    公司的EXB841晶片是一種典型的適用於300A以下IGBT的專用驅動電路，具有單電源、正負偏壓、過流檢測、保護、軟關斷等主要特性，在國內外得到了廣泛應用，但在中高頻逆變電路的實際應用中還存在一些不足，導致IGBT的誤導通或誤關斷，嚴重影響了設備的穩定性與可靠性.因此，基於EXB841的驅動電路
  • 採用LM317的直流穩壓電源模塊電路設計
    穩壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩壓電源和交流穩壓電源；按穩壓電路與負載的連接方式分有串聯穩壓電源和並聯穩壓電源
  • 一款並聯諧振逆變電源的設計方案
    隨著電力電子學及功率半導體器件的發展，感應加熱電源基本拓撲結構經過不斷的完善，一般由整流器、濾波器、逆變器及一些控制和保護電路組成。逆變器在感應加熱電源中起著十分重要的作用，根據逆變器的特點，逆變電源又分為串聯諧振和並聯諧振兩種。本文提出了一種應用於感應加熱的並聯諧振逆變電源設計方案，針對其主電路、斬波電路及逆變器控制電路等進行了分析和設計。
  • 一種基於MSP430的直流電子負載設計方案
    1.3 直流穩壓電源的組成原理直流穩壓電源一般由變壓、整流、濾波、穩壓4個環節才能完成。電源變壓器是降壓變壓器，它將電網220 V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，並送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。