一文读懂开关电源中TL431的运行原理及典型应用

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一文读懂开关电源中TL431的运行原理及典型应用

在早期的开关电源当中，组成取样的工作主要由三极管和二极管来完成。但是由于它们在参数上差别比较大，会为调试造成一定的阻碍。现如今，随着技术的进步，开关电源逐渐放弃了老旧的三极管和二极管，转而采用三端精密稳压源来进行取样和误差检测。而三端精密稳压源当中的经典，就非TL431莫属了。

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在三端精密稳压器内部有温度补偿的高精度并联放大器，其内部基准电压精度非常高，所有产品的典型值均为2.495V，而其误差电压范围允许为2.44~2.55V，允许工作温度范围用尾缀字母表示，C为-10~85摄氏度，I为-40~85摄氏度，M为-55~125摄氏度。所以，无论是精度还是稳定度均非普通稳压二极管所能达到的。

在使用TL431进行设计时，我们要注意，为了让TL431内部的放大器处于线性区，要让Uka=Uref。Ika大于1mA，内部放大器的电压小于37V，其最大功耗为500mW~1W。一般开关电源中的误差放大器，功耗是不可能达到500mW的。

TL431的用法很多，如果将R端与K端连接，即等效一只2.5V/100mA的高精度稳压二极管。另外，TL431还可以组成2.5V~36V的可调并联稳压电源。由TL431组成的取样电路，由于其内部比较器具有极高的增益，在使放大器动作时，取样电路仅需输入4微安以下的电流即可，因此对取样分压器的影响极小。

TL431在开关电源当中取样和误差放大的典型应用电路图如上图所示。开关电源输出电压Uo由R1、R2分压，正常时得到2.5V的取样电压，送到TL431的控制端R。因为R端电流极小，可以忽略，因而R1、R2的取值可以按输出电源Uo与2.5V之比选取，即Uo=2.5*(1+R1/R2)。当Uo上升时，R端电压升高，Ika增大，光耦合器发光二极管电流也增大，通过光耦合器次级控制开关脉冲的脉宽减小，输出电压降低，起到了稳定输出电压的作用。

TL431和光电耦合器的工作电压为Ui，一般取自开关电源5~12V稳压电源，R3则限制TL431的电流Ika，使光电耦合器工作在线性区内。由于TL431的比较器和放大器增益都较高，使用中常在K-R极之间接入RC电路，以防止寄生振荡。

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在我们想要对TL431的电路进行检测时，使用传统的电阻法是无法准确判断出好坏的。因为三端精密稳压器为集成电路，等效电路只是示意其内部功能，实际内部电路较为复杂。当开关电源出现失控或无输出电压故障时，如果怀疑取样误差放大器发生故障，可根据上图中的电路检测TL431。Ui选择小于35V的直流电压，R1将电路短路电流限制在100mA以内，R2、R3为控制极供电调整，选择R3/R2+R3大于或等于2.5。当调整R3时，Uo能在2.5V~Ui之间均匀变化，则判断三端精密稳压器TL431完全正常。

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三端精密稳压器内部有温度补偿的高精度并联放大器。