一、TL431 取樣補償當中的原件值計算

TL431作為一種可控的精密穩(wěn)壓源，具有價格低、性能高的特點，因此被大量應用在各種電子電路當中。下文章將為大家介紹TL43取樣補償當中的原件值計算。

以下面的電路圖為例，其中R6的數值并不是隨便決定的。R6的參數主要取決于兩個因素：第一個是TL431參考輸入端的電流，一般此電流為2uA左右，為了避免此端電流影響分壓比，以及避免噪音的影響，一般取流過電阻R6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。第二個是待機功耗的要求，如有此要求，在滿足<12.5K的情況下盡量取大值。

熟悉電源設計的各位一定都知道，TL431需要1mA的工作電流，這就意味著當R1的電流接近于零時，也要保證TL431有1mA，所以R3≤1.2V/1mA=1.2K即可。另一方面也是出于功耗方面的考慮。

所以對電路的設計而言，R1的取值非常重要，它必須確保TOP控制端能夠得到足夠的電流。假設用PC817A，其CTR=1.6-0.8，取低限0.8，要求流過光二極管的最大電流為6/0.8=7.5mA，所以R1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，所以取流過R1的最大電流為50mA，R1>(15-2.5-1.3)/50=226歐姆。

在上圖當中，我們可以看到R5 與C4 形成了在原點當中的極點，被用來對低頻增益進行提升，來壓制低頻(100Hz)紋波和提高輸出調整率，即靜態(tài)誤差。R4C4 形成一個零點，來提升相位，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再設計帶寬處的相位是多少，R4C4 的頻率越低，其提升的相位越高，當然最大只有90 度，但其頻率很低時低頻增益也會減低，一般放在帶寬的1/5 處，約提升相位78 度。

至此，就是TL431 的取樣補償中原件值的完整計算方法。不僅如此，這種方法適用于任何初級的IC，有興趣的朋友們可自行替換成另一型號的IC 來進行計算。

二、開關電源中TL431 的運行原理及典型應用

在早期的開關電源當中，組成取樣的工作主要由三極管和二極管來完成。但是由于它們在參數上差別比較大，會為調試造成一定的阻礙。現(xiàn)如今，隨著技術的進步，開關電源逐漸放棄了老舊的三極管和二極管，轉而采用三端精密穩(wěn)壓源來進行取樣和誤差檢測。而三端精密穩(wěn)壓源當中的經典，就非TL431 莫屬了。

在三端精密穩(wěn)壓器內部有溫度補償的高精度并聯(lián)放大器，其內部基準電壓精度非常高，所有產品的典型值均為2.495V，而其誤差電壓范圍允許為2.44~2.55V，允許工作溫度范圍用尾綴字母表示，C 為-10~85 攝氏度，I 為-40~85 攝氏度，M 為-55~125 攝氏度。所以，無論是精度還是穩(wěn)定度均非普通穩(wěn)壓二極管所能達到的。

在使用TL431 進行設計時，我們要注意，為了讓TL431 內部的放大器處于線性區(qū)，要讓Uka=Uref。Ika 大于1mA，內部放大器的電壓小于37V，其最大功耗為500mW~1W。一般開關電源中的誤差放大器，功耗是不可能達到500mW 的。TL431 的用法很多，如果將R 端與K 端連接，即等效一只2.5V/100mA 的高精度穩(wěn)壓二極管。另外，TL431 還可以組成2.5V~36V 的可調并聯(lián)穩(wěn)壓電源。由TL431 組成的取樣電路，由于其內部比較器具有極高的增益，在使放大器動作時，取樣電路僅需輸入4 微安以下的電流即可，因此對取樣分壓器的影響極小。

TL431 在開關電源當中取樣和誤差放大的典型應用電路圖如上圖所示。開關電源輸出電壓Uo 由R1、R2 分壓，正常時得到2.5V 的取樣電壓，送到TL431 的控制端R。因為R 端電流極小，可以忽略，因而R1、R2 的取值可以按輸出電源Uo 與2.5V 之比選取，即Uo=2.5*(1+R1/R2)。當Uo 上升時，R 端電壓升高，Ika 增大，光耦合器發(fā)光二極管電流也增大，通過光耦合器次級控制開關脈沖的脈寬減小，輸出電壓降低，起到了穩(wěn)定輸出電壓的作用。

TL431 和光電耦合器的工作電壓為Ui，一般取自開關電源5~12V 穩(wěn)壓電源，R3 則限制TL431 的電流Ika，使光電耦合器工作在線性區(qū)內。由于TL431 的比較器和放大器增益都較高，使用中常在K-R 極之間接入RC 電路，以防止寄生振蕩。

在我們想要對TL431 的電路進行檢測時，使用傳統(tǒng)的電阻法是無法準確判斷出好壞的。因為三端精密穩(wěn)壓器為集成電路，等效電路只是示意其內部功能，實際內部電路較為復雜。當開關電源出現(xiàn)失控或無輸出電壓故障時，如果懷疑取樣誤差放大器發(fā)生故障，可根據上圖中的電路檢測TL431。Ui 選擇小于35V 的直流電壓，R1 將電路短路電流限制在100mA 以內，R2、R3 為控制極供電調整，選擇R3/R2+R3 大于或等于2.5。當調整R3 時，Uo 能在2.5V~Ui之間均勻變化，則判斷三端精密穩(wěn)壓器TL431 完全正常。

上文主要對TL431 在開關電源當中的應用和電路運行原理進行了介紹，并對典型電路進行了分析，并給出了TL431 電路的檢測方法。希望大家通過這篇文章能夠進一步了解TL431 在開關電源當中的使用。

三、短小精悍精密穩(wěn)壓源TL431 應用方式介紹

TL431 是在電子電力設計當中較經典的一種可控精密穩(wěn)壓源，它能夠在很多場合當中起到代替穩(wěn)壓二極管的作用，在開關電源、運放電路、可調壓電源當中都有廣泛的應用，下文章主要對TL431 的的應用進行簡潔的介紹。TL431 精密可調基準電源有如下特點:穩(wěn)壓值從2.5~36V 連續(xù)可調;參考電壓原誤差+-1.0%,低動態(tài)輸出電阻,典型值為0.22 歐姆輸出電流1.0~100 毫安;全溫度范圍內溫度特性平坦,典型值為50ppm;低輸出電壓噪聲。

典型應用電路如下:

1:精密基準電壓源(附圖1)該電路具有良好的溫度穩(wěn)定性及較大的輸出電流.但在連接容性負載時,應特別注意CL 的取值,以免自激.

2: 可調穩(wěn)壓電源(附圖2)Vo 可在2.5~36V 之間調節(jié).V0=Vref(1+R1/R2)(Vref=2.5v),由于承受電壓與(Vi -Vo)有關,因此壓差很大時,R 的功耗隨之增加.使用時注意.

3:過電壓保護電路(附圖3)當Vi 超過一定電壓時,TL431 觸發(fā),使晶閘管導通,產生瞬間大電流,將保險絲熔斷,從而保護后極電路.V 保護點=(1+R1/R2)Vref。

4:恒流源電路(附圖4----拉電流負載)(附圖5---灌電流負載)恒流值與Vref 和外加電阻有關,功率晶體管選用時要考慮余量.該恒流源如與穩(wěn)壓線路配接,可做電流限制器用.

5:比較器(附圖6)它是巧妙的運用了Vref=2.5v 這個臨界電壓.當ViVref 時,Vo=2V 由于TL431 內阻小,因而輸入輸出波形跟蹤良好.

6:電壓監(jiān)視器(附圖7)利用TL431 的轉移特性,組成實用電壓監(jiān)視器.當電壓處于上下限電壓之間,LED 電量,上下限電壓分別為(1+R1/R2)Vref 和(1+R3/R4)Vref

作為一種并聯(lián)的穩(wěn)壓集成電路，TL431 在性能和價格上都有著很大的優(yōu)勢，充分理解并學習TL431 的應用，有助于我們更好的使用TL431，從而得設計出更加高效并且簡便的電路。

四、高手支招PC817 與TL431 的配合電路探討

TL431 是一種精密穩(wěn)壓源，而PC817 是一種光電耦合器件。在開關電源當中，對穩(wěn)壓反饋電路的設計通常會使用TL431 和PC817 來配合進行。在反激電源設計當中，反饋電路常常使用它們來作為參考。所以這兩者的配合總是工程師們津津樂道的話題，本篇文章來自于論壇技術達人，借助TOPSwicth 的典型應用，來說明TL431 和PC817 的配合問題。

首先，先來看一下基于TOPSwicth 的，TL431 和PC817 配合使用電路圖。

圖1 TL431 和PC817 配合使用電路圖

接下來，以圖1 為參考，將對電路圖當中的各項參數進行分析和講解。想要弄明白兩者之間的關系，就首先要確定圖1 中TL431 部分里，R1、R3、R5、R6 這四項參數的數值。設輸出電壓為Vo，輔助繞組整流輸出電壓為12V。該電路利用輸出電壓與TL431 構成的基準電壓比較，通過光電耦合器PC817 的電流變化去控制TOP 管的C 極，從而改變PWM 寬度，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因為被控對象是TOP 管，因此首先要搞清TOP 管的控制特性。從TOPSwicth 的技術手冊可知，流入控制腳C 的電流Ic 與占空比D 成反比關系，如圖2 所示。

Ic 的電流應在2-6mA 之間，PWM 會線性變化，因此PC817 三極管的電流Ice 也應在這個范圍變化。而Ice 是受二極管電流If 控制的，通過PC817 的Vce 與If 的關系曲線(如圖3 所示)，可以正確確定PC817 二極管正向電流If。從圖3 可以看出，當PC817 二極管正向電流If 在3mA 左右時，三極管的集射電流Ice 在4mA 左右變化，而且集射電壓Vce 在很寬的范圍內線性變化，符合TOP 管的控制要求。

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 的技術參數可知，Vka 在2.5V-37V 變化時，Ika 可以在1mA 到100mA 內很大范圍的變化，一般選20mA 即可，既可以穩(wěn)定工作，又能提供一部分死負載。不過對于TOP 器件因為死負載很小，只選3-5mA 左右就可以了。

上面的幾個關系很重要，有它們的鋪墊，文章開頭我們提到的那幾個電阻數值就比較容易確定了。根據TL431 的性能，R5、R6、Vo、Vr 有固定的關系：Vo=(1+ R5/R6) Vr

在式中，Vo 為輸出電壓、Vr 為參考電壓、Vr=2.50V，先取R6 一個值，例如R6=10k，根據Vo 的值就可以算出R5 了。

再來確定R1 和R3。由前所述，PC817 的If 取3mA，先取R1 的值為470Ω，則其壓降為Vr1=If* R1，由PC817 技術手冊知，其二極管的正向壓降Vf 典型值為1.2V，則可以確定R3 上的壓降Vr3=Vr1+Vf，又知流過R3 的電流Ir3=Ika-If，因此R3 的值可以計算出來：R3=Vr3/Ir3= (Vr1+Vf)/( Ika-If)

根據以上計算可以知TL431 的陰極電壓值Vka，Vka=Vo’-Vr3，式中Vo’取值比Vo 大0.1-0.2V 即可，舉一個例子，Vo=15V，取R6=10k。R5=(Vo/Vr-1)R6=(12/2.5-1)*10=50K;取R1=470Ω，If=3mA、Vr1=If* R1=0.003*470=1.41V、Vr3=Vr1+Vf=1.41+1.2=2.61V。

取Ika=20mA、Ir3=Ika-If=20-3=17、R3= Vr3/ Ir3=2.61/17=153Ω。

TL431 的陰極電壓值Vka、Vka=Vo’-Vr3=15.2-2.61=12.59V。

結果：R1=470Ω、R3=150Ω、R5=10KΩ、R6=50K。

這樣就順利的求出了幾個關鍵電阻的阻值。但是可能有些朋友可能并沒有完全看懂，下面就附上技術高手的更詳細補充。

關于R6 的數值，這個參數的阻值并不是隨意決定的。要考慮兩個因素，第一、TL431參考輸入端的電流。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R6 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。第二、待機功耗的要求。如有此要求，在滿足小于12.5K 的情況下盡量取大值。

TL431 要求有1mA 的工作電流，也就是R1 的電流接近于零時，也要保證TL431 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。R1 的取值要保證TOP 控制端取得所需要的電流，假設用PC817A，其CTR=0.8-1.6，取低限0.8，要求流過光二極管的最大電流為6/0.8=7.5mA，所以R1 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，所以我們取流過R1 的最大電流為50mA，R1>(15-2.5-1.3)/50=226 歐姆。

為了提升低頻上的增益以及壓制低頻波紋，就需要R5C4 制造一個原點上的極點。也就是靜態(tài)誤差，R4C4 形成一個零點，來提升相位，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計帶寬處的相位是多少，R4C4 的頻率越低，其提升的相位越高，當然最大只有90 度，但其頻率很低時低頻增益也會減低，一般放在帶寬的1/5 處，約提升相位78 度。

至此，從文章開頭的TL431 與PC817 的配合，到剛才提到的，關于TL431 取樣補償部分除補償網絡外，其他元件值的計算方法，到這里就全部為大家介紹完畢。希望各位在閱讀過本篇文章后能夠對TL431 和PC817 之間的配合有進一步的了解。

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