TL431低压差直流电源参数参考及工作点设置

TL431作为一种精密稳压源，被大量应用在电子电路设计当中，由于拥有独特的动态抗阻，TL431也经常被作为稳压二极管来使用。稳压源在电路中的使用相当广泛，多数使用3个引脚构成，所以结构简单并且使用起来也比较方便。但是在只有较低电压电池供电时，稳压电源的供电需求有可能增加20%～40%的成本及体积。针对这种情况，本篇文章主要介绍了一种低压差稳压直流电源电路的设计方法，电路器件选用常规器件，成本低，并且具有很好的负载特性和电压稳定性。

电路工作原理

图1为低压层直流稳压电源电路原理图。该电路是由基准电压、电压放大和电流放大等3个环节组成。其中，基准电压由TL431产生，按图1中电路连接，当通过R0的电流在0.5~10 mA时可获得稳定的2.5 V基准输出。

输出电压的具体数值由运算放大器UA确定，采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大，可很好地将TL431输出的2.5 V电压与后级电路隔离，使其不受负载变化的影响。运放与电阻R3和R2组成比例放大环节，可对基准电压按要求进行比例放大输出，但输出电压最大不能超过运放的电源电压。

电流放大采用两个三极管，UA通过驱动调整管VQ2控制调整管VQ1，组成反馈实现电流放大环节，对输出电压进行调节，从而实现稳压输出。二极管VD在运放UA低压输出时，使调整管VQ2基极一发射极电压为负，使VQ2立即进入截止状态，电流Ic2迅速降低，VQ2的VCE升高导致VQ1的基极电压升高，使 VQ1的基极电流IB减少，进而减少输出电流ICQ1(βIB)，反之同理。RL是输出负载，C0和C1是滤波电容。电路主要参数设计

控制环节设计

控制环节回路等效图如图2和图3所示，其中图2为比例电压增益原理图，图3为电流放大原理图。按照图2和图3，可得出控制环节回路方程：

式（2）中，Irg为运放UA的输出端1的输出控制电流。

由式(2)可知，Irg通过控制VQ2的电流，IC2控制VQ1的基极电流，IB1、R8控制调节管VQ2，进而控制VQ1的输出电流IC1，VQ2是与 VQ1形成串联负反馈，无需进一步放大VQ1的输出电流IC1，用R8对IC1分流。电路输出电压Vcc为5 V，驱动额定负载是350 Ω，供电电源是标准7 V输出的电池。运算放大器选LM358，取R1、R2为10 kΩ，TL431电流范围是100～150 mA，选用R1=3 kΩ，符合要求。VCC=(1+R2/R1)x2.5=5 V。合理选取R8和R9的电阻值，使VQ1和VQ2均工作在线性区。

电网和负载波动情况下，Ib、Ie、Ucc尽量小，以减少损耗。设置静态工作点要选择合适的驱动管VQ1和偏置电阻R8、R9。VQ1的静态工作点为：

式中，Irg为运放的控制输出信号，Vin为电源电压，Vcc为5 V输出电压，RL为额定负载200Ω，VD是二极管导通电压0.7V。

由式(3)和(4)可以确定VQ2的参数，然后，计算电阻R9：

使用放大倍数β1、β2在30-80之间的调整管，放大倍数较大的调整管消耗功率较小，但稳定性降低，这里选取β为50，设计供电电源在5.2～9 V之间波动，为了防止电源电压高时烧毁调整管VQ2，加约1 kΩ的电阻R8以限流保护。

过流保护电路的设计

图3中，电阻Ri与三极管VQ3组成过流保护环节。输出电流过大时，取样电阻Ri上的电压大于0.7 V，VQ3导通，迫使调整管基极电压Vbe降低，直到关闭电源输出。R4=0.7/kIC。其中，LC为输出电流，K为最大过流系数，通常取值约1.5。 R7=(Vcc-Uce3)/Ie3≈Vrg/Ic3，限制Ic3不宜过大，以免VQ3过流损坏。试验

图4为设计的一个直流稳压电源模块，输入电源为直流5～9 V的蓄电池组，分别对设计电路进行电源特性和负载特性试验，其中负载特性试验以输入的6.5 V蓄电池模拟实际使用工作环境。图5为其试验记录结果。输出纹波试验数据，当电源输入电压为5-11 V，输出纹波为5～8 mV。

从实验当中能够看出，本设计的具有稳压精度高、负载特性好的一系列特点，最主要的是电路结构简单，可利用接口P0监测实际电源，此电路已投入生产，通过实践检验该电路设计性能可靠，耗电少，可很好满足单电源供电应用情况。

本篇文章主要介绍了一种低压差直流稳压电源设计，这种设计克服了在电源供电电压过低时造成的不便，并且节约了成本和时间，希望大家在阅读过本篇文章之后，能对这种方法有进一步的了解。