如何正確理解TL431的工作方式

　　TL431有著較為特殊的動態抗阻，是一種較為精密的可控穩壓源，在電路當中，TL431也作為一種並聯型的穩壓電路來使用，當然使用方法並不局限在這一種，其還能夠作為串聯或電壓基準來使用。TL431的主要作用是使電路獲得更加穩定的電壓，雖然人們都知道使用TL431，但是並沒有幾個人對其工作原理進行深入的剖析，本篇文章就將為大家介紹關於TL431工作方式的另一種理解方式。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/326834.htm

　　說到TL431的工作方式，很多人想到的必然是TL431+PC817的電源電路。其實任何基於431手冊中的穩壓電路，都可以有合理的電路模型。

　　而TL431和PC817的反激電源中的TL431,卻無法，或很難解釋。

　　

　　圖1是TL431的內部原理圖

　　首先，這裡有一個最最基本的問題。當TL431正常工作在穩壓電源中的時候，Cathode的電壓是多少?大家想過這個問題嗎?

　　

　　圖2

　　對於如圖2的TL431常用穩壓電路，C的電壓是確定的。

　　由電源電壓減去電阻電壓，就可以得到。因為REF的電壓因為負反饋而穩定就使2.5V.但TL431+PC 817中的TL431,卻沒有明確的Cahode電壓!

　　

　　圖3 反激電源中的TL431

　　通過TL431的內部電路，可以看出，Cathode的電壓不應該低於2.5V。因為只有Cathode的電壓高於2.5V,Q1的這個三極體，才可以工作在放大狀態。如果低於2.5V，那麼Q1會進入飽和方式，而失去放大作用。不難看出，此時，Q2、Q3、Q4等三極體也會失去放大作用而飽和。

　　三極體飽和的方式，肯定不是TL431的設計者，最初的想法，他的想法，肯定是要讓這些三極體工作在放大方式的。C低於2.5V,在反激的431中，不會出現2.5V流向5V的電流，假設反激電壓為輸出5V.如果REF電壓高於C,電流也是從集電極到發射極的流動方向。最好的情況是，3.28K電阻之下的電路工作正常，而可以輸出1.5V左右的基準電壓。

　　而最好的情況是，假設即使Cathode低於2.5V,431也可以反饋正常工作。對於TL431組成的穩壓電源，必須提供431，手冊說的1mA的Cathode到Anode的工作電流。

　　但是，在反激電壓的TL431中，這根本就不需要!這一點，需要特別注意。因為僅此一點，就徹底否定了LED並聯電阻的，毫無意義的做法。

　　對於TL431手冊中的穩壓電源電路，必須提供1mA電流，才可以正常工作。而反激電源中的TL431,在C到A的電流為0的時候，恰好是UC3842輸出最大佔空比的時候，這必然產生輸出電壓，而使得TL431工作。

　　所以，在反激電源中，根本不需要關心TL431的電流問題，特別是啟動的時候。這是必然會產生的。

　　試想，UC3842的反激電源啟動了，此時，沒有輸出電壓。TL431也沒有電流，不工作。但UC3842因為其中的運放會輸出最大的1mA電流，流向了1V穩壓管並聯的電阻，而導致設定的佔空比最大，而輸出電壓逐步上升。

　　隨著5V電壓的逐漸增大，TL431的C和A之間如果不導通，那麼其CA電壓會5V左右，這會與TL431的輸出電壓電流IV曲線出現矛盾，所以TL431必定會在CA間產生電流。而5V的分壓電阻，在REF 產生2.5V左右電壓，導致TL431正常工作。

　　LED電流對應一定的輸入電壓和負載電阻。就是說，如果輸入電壓固定，負載一定，那麼就會有與之一一對應的TL431的C到A的電流，就是LED電流。如果兩者，有一個或2個都改變，那麼LED電流，必然改變。所以，最大的輸入電壓，和最小的負載電阻，對應最小的LED電流，可以是0。

　　最小的輸入電壓，最大的負載電阻，對應最大的LED電流。幾個mA.請注意，無論如何，TL431在CA電流為0，就是LED電流為0的時候，是無法工作的。但此時UC3842輸出最大佔空比，而導致，TL431會逐漸開始工作。

　　就是說，反激電源中的TL431，C到A的電流是可以為0的，而這對應最大的佔空比。我們的目的，是讓UC3842產生連續可調的佔空比，對於TL431是否工作，這不重要!但只要產生足夠的輸出電壓，TL431必定負反饋正常工作。但因為UC3842的電流變化只有1mA，如果TL431的LED電流變化達到10mA，那麼9mA的調節死區，會給輸出電壓，帶來振蕩。所以，這就是我們需要串聯Rled這個電阻的唯一原因。

　　然而卻無論如何都無法成為法國專家的說法。這個電阻，無法用頻率補償的那套方法分析計算。到目前為止，只能定性理解。至少，因為TL431一旦沒有電流，就不可能有電路模型高頻的!這個Rled電阻，對於輸出電壓的動態過程產生影響。

　　越大越好，因為LED電流變化就小了，比如說，變成了5mA的變化範圍，就比10mA的9mA死區，輸出電壓電振蕩小不少。一般來說2mA足以了。但確實是不好計算。因為我們不知道，2mA的LED電流，TL431的cahoce電壓為多少。所以就沒有辦法來計算Rled這個電阻的大小。

　　假如認為TL431的C電壓必須不低於2.5V,那麼，這依然不符合實際情況。因為最大UC3842輸出佔空比時候，TL431的電流就可以為0的。但還是假設這麼算，C不低於2.5V的話，就按2.5V來算。

　　Rled=(5-1.5-2.5)V/2mA=500歐姆。

　　

　　圖4

　　對於TL431的設計理念，不管其設計者，最初是否如下圖所示，圖4的原理與TL431是完全一樣的。因此，TL431+PC817的確是個，到目前為止，使用眾多的電路。

　　最好的，最合乎情理的，方法就是用運放，用TL431提供電壓基準的方式，比如那個著名的使用LM258的輸出有2個二極體的恆壓恆流電路。因為這個電路是可以用正常的理論方法，進行分析和計算的。而TL431+PC817，是無法計算的!敢算的是概念錯誤!

　　是的，我們可以說，TL431+PC817是正確的電路，因為的確可以正常工作，只是因為TL431的工作方式問題，會對於動態過程，產生振蕩，或其他不可思議的問題。因為這不是一個，目前的理論，能夠解釋和分析計算的。

　　使用運放的反激電路，基本都是可以用現有理解分析計算的，所以問題不大。這就是兩種方式的主要區別。

　　使用TL431+PC817的唯一原因就是成本問題。但從負反饋的原理來說，是正確的，但過度的動態過程，不好說。

　　再明確一點就是，TL431可以工作在非正常方式，而產生負反饋作用。就是說，C的電壓低於2.5V，依然可能可以有正常的負反饋作用。

　　而要計算的話，就要假設，TL431，只能工作在C不低於2.5V的情況下。因為UC3842輸出最大佔空比時，TL431的電流可能為0.1mA，而0.1mA不足以使TL431 正常工作，但在整個電路的調節過程中，TL431不正常工作，依然在現實中，調節了輸出電壓，而讓人們覺得這沒有問題。

　　如果非要定量計算，也是要把TL431當作跨導放大。傳遞函數是gm*A/(Ts+1)的形式。而此時，與電阻Rled無關!這是需要特別注意的。Rled就是限制電流的作用，但我們卻無法計算這個電阻。但設置一個Rled電阻值，就可以知道最大不可能超過的電流，畢竟我們也不希望TL431，因為沒有電阻限流，而流過100mA電流。

　　Rled能否對調節產生作用?定性來說可以，越小，雖然可能振蕩的情況增大，但畢竟調節還是比較快的。Rled大，那麼調節速度就可能變慢，但振蕩小。

　　那麼，為何假設TL431正常工作的，跨導模型，無法證明Rled的作用呢?因為理想的小信號模型，在現實中，是不存在的!這是一個無法小信號化的，嚴重的非線性電路。如果TL431無法小信號化，那麼所謂的II型補償，從何談起呢?如果全面測試的結果，表明，TL 431+PC817的反激電源正常工作，看來我們也只能相信了。

　　這些根本毫無道理的補償方法，居然真的起作用了。當然了gm是隨LED電流變化而變化的，LED電流越大，那麼gm也越大，開環的增益也越大，故LED電阻越小，穿越頻率越大，就反應越快。終於對上號了! 呵呵

　　那麼，gm*A/Ts+1的模型就可以用了，但人們貌似還都不是這麼用的。因為不說gm很難得到，就是A和T也是不知道的。好在，人們用的是PID等補償方法，可以把運放或TL431看作理想的。

　　PID之類的確是個好主意。要是換上7805類的補償，還真沒辦法!積分真的太有用了，不是為了消除靜態誤差，而是可以把運放當作理想的。為了證明431的電流控制方式，II型補償依然有效，進行了如下推導計算。

　　

　　圖5

　　

　　

　　圖6

　　因為Vref上電後就是穩定的了，所以被Rled*(R1+R2)除以後，很小，視為0。

　　得到框圖如下：

　　

　　圖7

　　這依然是個複雜的反饋。還不是那種單環路的反饋框圖形式。無法用現有的頻率補償方法。

　　這是需要了解的。但是，如果把Vo/Rled視為擾動的話，那麼就可以變成如下的標準形式了。而且，這個假設，視為輸出電壓縮小Rled倍後為擾動，很是合理。

　　

　　圖8

　　於是乎，基於上述假設，我們得到了，一個單迴路反饋的標準形式。也就說明了，II補償，對於TL431型反饋電路來說，補償可以看作有效。費這麼大勁才能證明這麼一個看似無需考慮的問題，這是人們把TL431視為電壓型運放的錯誤的思想導致。為了證明II在反激中有效，恐怕還是需要向本大師一樣，如此推導計算的。

然而這依然是個複雜的反饋，比電壓型運放的反饋，複雜。電壓型反饋，只有一個標準的反饋迴路，開環傳遞函數，一目了然。而這個電流的複雜多了。如果不是把Vo/Rled視為擾動，我們幾乎很難用通常的補償方法補償。最後，需要指出的是，只有教科書中開關電源電路，才是唯一符合補償方法的。例如PID，II