深入解析TL431LI/TL432LI可编程并联稳压器

在电子设计领域，稳压器是不可或缺的关键组件，它能为电路提供稳定的电压，确保设备的正常运行。今天，我们就来深入探讨一下TI公司的TL431LI/TL432LI可编程并联稳压器。

文件下载：tl432li.pdf

一、产品概述

TL431LI和TL432LI是具有优化参考电流的可编程并联稳压器，它们在汽车、商业和军事等多种温度范围内都能保持出色的热稳定性。这两款器件的功能和电气规格基本相同，只是DBZ封装的引脚排列有所不同。

1.1 主要特性

• 高精度参考电压：在25°C时，参考电压容差分为B级（0.5%）和A级（1%），最小典型输出电压为2.495V，输出电压可在 (V_{ref}) 到36V之间调节。
• 宽温度范围：可在 -40°C至 +125°C（Q温度等级）的环境下工作，最大温度漂移在不同温度等级下有所不同，如C温度等级为10mV，I温度等级为17mV，Q温度等级为27mV。
• 低输出阻抗：典型输出阻抗为0.3Ω，能够提供稳定的输出。
• 大电流能力：具有1mA（最大）的最小阴极电流和15mA（最大）的阴极电流能力，参考输入电流 (I_{REF}) 最大为0.4μA，且参考输入电流在温度范围内的偏差 (I(dev)) 最大为0.3μA。

1.2 应用领域

• 可调电压和电流参考：可用于需要精确电压和电流参考的电路中。
• 反激式开关电源的次级侧调节：帮助提高电源的稳定性和效率。
• 齐纳二极管替代：在许多应用中可以替代齐纳二极管，提供更稳定的性能。
• 电压监测：实时监测电路中的电压变化。
• 精密恒流源/负载：为电路提供稳定的电流。
• 带集成参考的比较器：用于比较输入信号和参考电压。

二、详细规格

2.1 绝对最大额定值

在使用TL431LI/TL432LI时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。例如，阴极电压最大为37V，连续阴极电流范围为 -10mA至18mA，参考输入电流范围为 -5mA至10mA，工作结温范围为 -40°C至150°C，存储温度范围为 -65°C至150°C。

2.2 ESD 评级

该器件的人体模型（HBM）静电放电耐压为 ±2000V，充电设备模型（CDM）静电放电耐压为 ±1000V。在处理和使用过程中，需要采取适当的防静电措施，以防止ESD对器件造成损坏。

2.3 热信息

了解器件的热特性对于保证其正常工作至关重要。TL43xLI的结到环境的热阻 (R{θJA}) 为371.7°C/W，结到外壳（顶部）的热阻 (R{θJC(top)}) 为145.9°C/W，结到电路板的热阻 (R_{θJB}) 为104.7°C/W等。

2.4 推荐工作条件

推荐的阴极电压范围为 (V_{REF}) 到36V，连续阴极电流范围为1mA至15mA。不同温度等级的器件有不同的工作温度范围，如TL43xLIxC为0°C至70°C，TL43xLIxI为 -40°C至85°C，TL43xLIxQ为 -40°C至125°C。

2.5 电气特性

在推荐工作条件下，参考电压在25°C时的典型值为2.495mV，不同等级的器件有不同的参考电压容差。参考输入电流 (I{REF}) 最大为0.4μA，参考输入电压在全温度范围内的偏差 (V{I(dev)}) 和参考输入电流在全温度范围内的偏差 (I(dev)) 也有相应的规定。此外，还规定了最小阴极调节电流、关断状态阴极电流和动态阻抗等参数。

三、工作原理与功能模式

3.1 工作原理

TL43xLI由内部参考和放大器组成，根据参考引脚和内部虚拟引脚之间的差异输出吸收电流。内部采用达林顿对结构，能够吸收最大15mA的电流。当有足够的电压裕量（≥2.495V）和阴极电流时，TL43xLI会将参考引脚强制为2.495V，但参考引脚不能悬空，需要 (I_{REF} ≥0.4μA)。

3.2 功能模式

• 开环模式（比较器）：当阴极/输出电压或电流不以任何形式反馈到参考/输入引脚时，器件工作在开环模式。在这种模式下，TL43xLI具有高增益，通常用作比较器，可用于监测单个信号的特定电平。
• 闭环模式：当阴极/输出电压或电流反馈到参考/输入引脚时，器件工作在闭环模式。大多数应用采用这种模式来调节固定电压或电流，通过反馈使器件作为误差放大器，将输出电压与内部参考电压进行比较并调整，以保持所需的调节。

四、应用设计

4.1 比较器应用

在比较器应用中，需要确定输入电压范围、参考电压精度、输出逻辑输入高低电平阈值和电流源电阻等参数。为了获得快速响应，应提供足够的过驱动电压，设置触发点大于预期正误差，并使用小于10kΩ的输入电阻提供 (I_{REF})。同时，要注意输出电压和逻辑输入电平的匹配，必要时使用电阻分压器来衰减输出电压。

4.2 精密恒流源应用

作为精密恒流源时，要确定输出电流范围、输出电流精度和TL43xLI的功耗。输出电流范围由电路中的方程决定，输出电流精度取决于TL43xLI和感测电阻 (R_{S}) 的精度，以及它们的温度系数。为了使TL43xLI正常工作，需要设置外部偏置电阻以达到最小工作电流。

4.3 并联稳压器/参考应用

在并联稳压器应用中，要确定输入电压范围、温度范围、总精度、阴极电流、参考初始精度和输出电容等参数。通过在阴极和阳极引脚之间并联电阻桥，并将中点连接到参考引脚，可以对阴极电压进行编程。同时，要考虑电阻精度、参考电压随温度的变化、参考电压与阴极电压变化的比率以及动态阻抗等因素对总精度的影响。此外，还需要注意稳定性和启动时间等问题。

4.4 隔离反激式光耦应用

在隔离反激式光耦设计中，TL431LI用于次级侧的反馈网络。设计的目标是设计一个高精度的反馈网络，以满足输出电压在全温度范围内的精度要求。需要计算TL431反馈回路的误差，考虑参考电压误差和参考输入电流误差等因素。

五、设计建议

5.1 电源供应

当使用TL43xLI作为线性稳压器为负载供电时，通常在输出/阴极引脚使用旁路电容，但要确保电容值在稳定性标准范围内。同时，要限制电源电压的电流，避免超过最大阴极电流，并限制流入参考引脚的电流，不超过其绝对最大额定值。对于分流大电流的应用，要注意阴极和阳极的走线长度，调整走线宽度以保证适当的电流密度。

5.2 布局设计

旁路电容应尽可能靠近器件放置，载流走线的宽度要根据所承载的电流大小进行适当调整。例如，提供了DBZ封装的布局示例，可供参考。

六、总结

TL431LI/TL432LI可编程并联稳压器具有高精度、宽温度范围、低输出阻抗等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，需要充分考虑其规格参数、工作原理和应用要求，合理选择器件和进行电路设计，以确保电路的稳定性和可靠性。你在使用TL431LI/TL432LI的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。