TL431的应用和仿真分析

TL431是一款经典电压基准芯片，运用场景非常广泛，如提供给单片机、DSP的ADC采样基准电压，隔离反激、正激电源的反馈基准电压等等，下面基于仿真软件PSIM探讨一下TL431的应用。

如图1所示，这是TL431最经典的运用电路之一通过调节R2/R3可调节输出电压，公式如下：

 

其中，Vref = 2.5V

一般在实际工程运用中，为了降低损耗，同时拥有较好的抗干扰能力，R3取值在1k ~ 10k范围内。同理R1也不能取值过小，否则其损耗会非常大，该电阻应该如何选取？大家思考思考。

 

图1

图1的仿真结果如下：

 

可以看到，在启动瞬间，有较大的输出过冲。如果是作为DSP等精密芯片基准电压，这过冲电压使得精密器件存在损坏的风险。该如何消除这个过冲呢？很简单，只要加快在上电瞬间输出电压作用到431反馈脚上就可以了，如下图所示，在输出电压与反馈脚之间加一个1nF的电容。

 

图2

仿真结果如下，可以看到过冲消失。

 

上面电路输出并没有带负载，接下来我们针对431基准电路的带负载能力的研究。

首先基于上述电路进行带负载仿真，先看看加1kΩ电阻负载的仿真结果。

 

可以看到此时输出能维持5V输出。加大负载，带50Ω电阻负载。

 

此时，输出电压跌至3.3V，也就是说此基准电路不能输出100mA的电流。那么该如何修改电流使输出电流能达到100mA？

首先我们分析一下，上面的电路为什么不能输出100mA，因为如果能输出100mA，则R1压降为U=100Ω×0.1A = 10V，输出电压Uo = VDC – U = 10V – 10V = 0，显然不成。同时，通过此过程分析，我们可知道只要减小R1的阻就可以增加输出带载能力，但如此会使R1损耗加大。如此就陷入了矛盾。所以我们需要改变其他器件替代电阻R1。

 

图3

如图3所示，用NPN三极管Q1替代R1电阻，仿真结果如下：

 

可看到，此时可以输出100mA电流。此时你可能会有疑问：Q1压降不也是5V吗？其损耗也是P = 5V×0.1A = 0.5w，如果使用50Ω的电阻R1，R1的压降也是5V，损耗也是5V×0.1A = 0.5w，何必使用更贵的三极管呢？咋一想好想挺有道理，但使用三极管肯定有它的好处，你能想到是什么好处吗？欢迎在评论区讨论。