TL431 與 PC817 應(yīng)用

開關(guān)電源的穩(wěn)壓反饋通常都使用 TL431 和 PC817，如輸出電壓要求不高，也可以

使用穩(wěn)壓二極管和 PC817，

德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的 TL431 一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可

調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（2.5V）到

36V 范圍內(nèi)的任何值（如圖 2）。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 0.2Ω，在很多應(yīng)用中

可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電

源等等。 上圖是該器件的符號(hào)。3 個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)極（ANODE）和參考

端（REF）。TL431 的具體功能可以用如下圖的功能模塊示意 。 由圖可以看到，VI 是一個(gè)內(nèi)部的 2.5V 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由 運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng) REF 端（同相端）的電壓非常接近 VI（2.5V）時(shí)，三極

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管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過

三極管 圖 1 的電流將從 1 到 100mA 變化。當(dāng)然，該圖絕不是 TL431 的實(shí)際內(nèi)部結(jié)

構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用 TL431 的電

路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路，理解電路都是很有幫助的，

前面提到 TL431 的內(nèi)部含有一個(gè) 2.5V 的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在 REF 端引入輸出

反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖 2 所 示的電路，當(dāng) R1 和 R2 的阻值確定時(shí)，兩者對(duì) Vo 的分壓引入反饋，若 V o 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 VI 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。需要注意的是，在選擇電阻時(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 1 mA 。

下面我來通過以下典型應(yīng)用電路來說明 TL431,PC817 的配合問題。電路圖 如下：

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R13 的取值，R13 的值不是任意取的，要考慮兩個(gè)因素：1）431 參考輸入端的電

流，一般此電流為 2uA 左右，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響， 一般取流過電阻 R13 的電流為參考段電流的 100 倍以上，所以此電阻要小于 2.5V/200uA=12.5K. 2)待機(jī)功耗的要求，如有此要求，在滿足《12.5K 的情況下盡 量取大值。

TL431 的死區(qū)電流為 1mA，也就是 R6 的電流接近于零時(shí)，也要保證 431

有 1mA，所以 R3<=1.2V/1mA=1.2K 即可。除此以外也是功耗方面的考慮，R17

是為了保證死區(qū)電流的大小，R17 可要也可不要，當(dāng)輸出電壓小于 7.5v 時(shí)應(yīng)該考

慮必須使用，原因是這里的 R17 既然是提供 TL431 死區(qū)電流的，那么在發(fā)光二極

管導(dǎo)通電壓不足時(shí)才有用，如果發(fā)光二極管能夠?qū)?，就可以提?TL431 足夠的

死區(qū)電流，如果 Vo 很低的時(shí)候，計(jì)算方法就改為 R17=（Vo-Vk）/1mA（這里 Vk=Vr-0.7=1.8v）；當(dāng) Vo=3.3V 時(shí) R17 從死區(qū)電流的角度看臨界最大值 R17=

（3.3-1.8）/1mA=1.5k，從 YL431 限流保護(hù)的角度看臨界最小值為 R17=（3.3-1.8） /100mA=15Ω。 當(dāng) Vo 較高的時(shí)候，也就是 Vo 大于 Vk+Vd 的時(shí)候，也就是差不多

7.5v 以上時(shí)，TL431 所需的死區(qū)電流可以通過發(fā)光二極管的導(dǎo)通提供，所以這是

可以不用 R17。

R6 的取值要保證高壓控制端取得所需要的電流，假設(shè)用 PC817（U1-B），其 CTR=0.8-1.6,取低限 0.8，要求流過光二極管的最大電流=6/0.8=7.5mA,所以 R6 的 值<=(15-2.5-1.2)/7.5=1.5K,光二極管能承受的最大電流在 50mA 左右，TL431 為 100mA，所以我們?nèi)×鬟^ R6 的最大電流為 50mA，R6>（15-2.5-1.3)/50=226 歐姆。

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要同時(shí)滿足這兩個(gè)條件：226

有的電路設(shè)計(jì)中增加提升低頻增益電路，用一個(gè)電阻和一個(gè)電容串接于控制

端和輸出端，來壓制低頻（100Hz）紋波和提高輸出調(diào)整率，即靜態(tài)誤差，牡電就

是提升相位，要放在帶寬頻率的前面來增加相位裕度，具體位置要看其余功率部

分在設(shè)計(jì)帶寬處的相位是多少，電阻和電容的頻率越低，其提升的相位越高，當(dāng) 然最大只有 90 度，但其頻率很低時(shí)低頻增益也會(huì)減低，一般放在帶寬的 1/5 初， 約提升相位 78 度。

流過 U1-A 的電流 Ic 的電流應(yīng)在 2－6mA 之間，開關(guān)脈寬調(diào)制會(huì)線性變化，

因此 PC817 三極管的電流 Ice 也應(yīng)在這個(gè)范圍變化。 而 Ice 是受二極管電流 If 控制的，我們通過 PC817 的 Vce 與 If 的關(guān)系曲線(如圖 3

所示)可以正確確定 PC817。

從圖 3 可以看出，當(dāng) PC817 二極管正向電流 If 在 3mA 左右時(shí)，三極管的集 射電流 Ice 在 4mA 左右變化，而且集射電壓 Vce 在很寬

的范圍內(nèi)線性變化。符合控制要求。因此可以確定選 PC817 二極管正向電流 If 為 3mA。再看 TL431 的要求。從 TL431 的技術(shù)參數(shù)知，Vka 在 2.5V－37V 變化時(shí)， Ika 可以在從 1mA 到 100mA 以內(nèi)很大范圍里變化，一般選 20mA 即可，既可以穩(wěn)

定工作，又能提供一部分死負(fù)載。因此只選 3-5mA 左右就可以了。

確定了上面幾個(gè)關(guān)系后，那幾個(gè)電阻的值就好確定了。根據(jù) TL431 的性能，R11、 R13、Vo、Vr 有固定的關(guān)系：Vo=(1+ R11/R13) Vr

式中，Vo 為輸出電壓，Vr 為參考電壓，Vr＝2.50V，先取 R13 值，例如 R13＝ 10k，根據(jù) Vo 的值就可以算出 R11 了。

再來確定 R6 和 R17。由前所述，PC817 的 If 取 3mA，先取 R6 的值為 470Ω， 則其上的壓降為 Vr6＝If* R6,由 PC817 技術(shù)手冊(cè)知，其二極管的正向壓降 Vf 典型

值為 1.2V，則可以確定 R17 上的壓降 Vr17＝Vr17+Vf，又知流過 R17 的電流 Ir17

＝Ika－If，因此 R17 的值可以計(jì)算出來： R17= Vr17/ Ir17= (Vr6+Vf)/( Ika－If)

根據(jù)以上計(jì)算可以知道 TL431 的陰極電壓值 Vka，Vka＝Vo’－Vr17，式中

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Vo’取值比 Vo 大 0.1－0.2V 即可。

舉一個(gè)例子，Vo＝15V,取 R13=10k，R11＝（Vo/Vr-1）R13=(15/2.5-1)*10=50K;

取 R6＝470Ω，If＝3mA，Vr6＝If* R6＝0.003*470＝1.41V；Vr17＝Vr1+Vf＝1.41+1.2

＝2.61V;

取 Ika =20mA，Ir17＝Ika－If＝20－3＝17，R17= Vr17/ Ir17=2.61/17=153Ω;

TL431 的陰極電壓值 Vka，Vka＝Vo’－Vr17=15.2-2.61=12.59V

結(jié)果：R6＝470Ω、R17＝150Ω、R11＝10KΩ、R13＝50K。

審核編輯 黃宇