基于TL431搭建的过压保护电路设计分析

TL431是一种电子工程师容易获得的基准稳压源，下图是利用TL431搭建的过压保护电路，具有精准的保护点的优点。

当VIN低于保护点13.8V以下时，电路输出VOUT正常，当VIN输入电压高于13.8V时，TL431阴极导通，三极管Q2基极导通，MOS管的GS极被Q2的EC极给短路，从而使MOS管关闭。

在一些场合，TL431经常会用来单独做基准电压源，如下图，而且我们经常会在阴极和阳极之间加入一个滤波电容，想起到平滑滤波的作用，此时要注意，不恰当的电容容值会造成TL431产生振荡，输出纹波不正常。在TL431的数据手册中有关于TL431稳定性的图表，如下图3.图4. 仔细看这张图，当IKA为100mA时，A曲线的不稳定区域对应的负载电容在0.03uF~4uF之间，如果此时我们选择的滤波电容正好在这个区间，TL431就很容易产生振荡，考虑到元器件的离散性和余量，正常取值应小于1nF,大于10uF,避开这个区间。分析了TL431的内部原理就会发现，它内部其实就是一个运放负反馈电路，自然就存在系统稳定性问题，关于这个问题，TI是如下解释的，负载电容的加入相当于为系统引入了一个极点，当此极点位于S平面右半边时，系统即会发生振荡。数据手册中给出的稳定性区域图是临界条件，也就是相位裕度为0的情况，实际设计时还要预留30度以上的相位裕度，以保证系统的可靠性。粗略来看，可以使用左右两侧临界区域1/10或10倍的值作为设计参考。最后一张电容使用不当，造成纹波的图为借用网友的图片。

另外TL431使用时要考虑最小阴极电流，数据手册中最小为0.4mA,实际应用中要大于1mA.如下图5，图6.

编辑：黄飞