TL431 与 PC817 应用

TL431 与 PC817 应用

开关电源的稳压反馈通常都使用 TL431 和 PC817，如输出电压要求不高，也可以

使用稳压二极管和 PC817，

德州仪器公司（TI）生产的 TL431 一是一个有良好的热稳定性能的三端可

调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从 Vref（2.5V）到

36V 范围内的任何值（如图 2）。该器件的典型动态阻抗为 0.2Ω，在很多应用中

可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电

源等等。 上图是该器件的符号。3 个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考

端（REF）。TL431 的具体功能可以用如下图的功能模块示意 。 由图可以看到，VI 是一个内部的 2.5V 基准源，接在运放的反相输入端。由 运放的特性可知，只有当 REF 端（同相端）的电压非常接近 VI（2.5V）时，三极

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管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着 REF 端电压的微小变化，通过

三极管 图 1 的电流将从 1 到 100mA 变化。当然，该图绝不是 TL431 的实际内部结

构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用 TL431 的电

路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，

前面提到 TL431 的内部含有一个 2.5V 的基准电压，所以当在 REF 端引入输出

反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图 2 所 示的电路，当 R1 和 R2 的阻值确定时，两者对 Vo 的分压引入反馈，若 V o 增大，

反馈量增大，TL431 的分流也就增加，从而又导致 Vo 下降。显见，这个深度的负

反馈电路必然在 VI 等于基准电压处稳定，此时 Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的

R1 和 R2 的值可以得到从 2.5V 到 36V 范围内的任意电压输出，特别地，当 R1=R2

时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证 TL431 工作的必要条件，就是

通过阴极的电流要大于 1 mA 。

下面我来通过以下典型应用电路来说明 TL431,PC817 的配合问题。电路图 如下：

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R13 的取值，R13 的值不是任意取的，要考虑两个因素：1）431 参考输入端的电

流，一般此电流为 2uA 左右，为了避免此端电流影响分压比和避免噪音的影响， 一般取流过电阻 R13 的电流为参考段电流的 100 倍以上，所以此电阻要小于 2.5V/200uA=12.5K. 2)待机功耗的要求，如有此要求，在满足《12.5K 的情况下尽 量取大值。

TL431 的死区电流为 1mA，也就是 R6 的电流接近于零时，也要保证 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虑，R17

是为了保证死区电流的大小，R17 可要也可不要，当输出电压小于 7.5v 时应该考

虑必须使用，原因是这里的 R17 既然是提供 TL431 死区电流的，那么在发光二极

管导通电压不足时才有用，如果发光二极管能够导通，就可以提供 TL431 足够的

死区电流，如果 Vo 很低的时候，计算方法就改为 R17=（Vo-Vk）/1mA（这里 Vk=Vr-0.7=1.8v）；当 Vo=3.3V 时 R17 从死区电流的角度看临界最大值 R17=

（3.3-1.8）/1mA=1.5k，从 YL431 限流保护的角度看临界最小值为 R17=（3.3-1.8） /100mA=15Ω。 当 Vo 较高的时候，也就是 Vo 大于 Vk+Vd 的时候，也就是差不多

7.5v 以上时，TL431 所需的死区电流可以通过发光二极管的导通提供，所以这是

可以不用 R17。

R6 的取值要保证高压控制端取得所需要的电流，假设用 PC817（U1-B），其 CTR=0.8-1.6,取低限 0.8，要求流过光二极管的最大电流=6/0.8=7.5mA,所以 R6 的 值<=(15-2.5-1.2)/7.5=1.5K,光二极管能承受的最大电流在 50mA 左右，TL431 为 100mA，所以我们取流过 R6 的最大电流为 50mA，R6>（15-2.5-1.3)/50=226 欧姆。

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要同时满足这两个条件：226

有的电路设计中增加提升低频增益电路，用一个电阻和一个电容串接于控制

端和输出端，来压制低频（100Hz）纹波和提高输出调整率，即静态误差，牡电就

是提升相位，要放在带宽频率的前面来增加相位裕度，具体位置要看其余功率部

分在设计带宽处的相位是多少，电阻和电容的频率越低，其提升的相位越高，当 然最大只有 90 度，但其频率很低时低频增益也会减低，一般放在带宽的 1/5 初， 约提升相位 78 度。

流过 U1-A 的电流 Ic 的电流应在 2－6mA 之间，开关脉宽调制会线性变化，

因此 PC817 三极管的电流 Ice 也应在这个范围变化。 而 Ice 是受二极管电流 If 控制的，我们通过 PC817 的 Vce 与 If 的关系曲线(如图 3

所示)可以正确确定 PC817。

从图 3 可以看出，当 PC817 二极管正向电流 If 在 3mA 左右时，三极管的集 射电流 Ice 在 4mA 左右变化，而且集射电压 Vce 在很宽

的范围内线性变化。符合控制要求。因此可以确定选 PC817 二极管正向电流 If 为 3mA。再看 TL431 的要求。从 TL431 的技术参数知，Vka 在 2.5V－37V 变化时， Ika 可以在从 1mA 到 100mA 以内很大范围里变化，一般选 20mA 即可，既可以稳

定工作，又能提供一部分死负载。因此只选 3-5mA 左右就可以了。

确定了上面几个关系后，那几个电阻的值就好确定了。根据 TL431 的性能，R11、 R13、Vo、Vr 有固定的关系：Vo=(1+ R11/R13) Vr

式中，Vo 为输出电压，Vr 为参考电压，Vr＝2.50V，先取 R13 值，例如 R13＝ 10k，根据 Vo 的值就可以算出 R11 了。

再来确定 R6 和 R17。由前所述，PC817 的 If 取 3mA，先取 R6 的值为 470Ω， 则其上的压降为 Vr6＝If* R6,由 PC817 技术手册知，其二极管的正向压降 Vf 典型

值为 1.2V，则可以确定 R17 上的压降 Vr17＝Vr17+Vf，又知流过 R17 的电流 Ir17

＝Ika－If，因此 R17 的值可以计算出来： R17= Vr17/ Ir17= (Vr6+Vf)/( Ika－If)

根据以上计算可以知道 TL431 的阴极电压值 Vka，Vka＝Vo’－Vr17，式中

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Vo’取值比 Vo 大 0.1－0.2V 即可。

举一个例子，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 的阴极电压值 Vka，Vka＝Vo’－Vr17=15.2-2.61=12.59V

结果：R6＝470Ω、R17＝150Ω、R11＝10KΩ、R13＝50K。

审核编辑 黄宇