TL431作為一種精密穩(wěn)壓源，被大量應用在電子電路設計當中，由于擁有獨特的動態(tài)抗阻，TL431也經常被作為穩(wěn)壓二極管來使用。穩(wěn)壓源在電路中的使用相當廣泛，多數使用3個引腳構成，所以結構簡單并且使用起來也比較方便。但是在只有較低電壓電池供電時，穩(wěn)壓電源的供電需求有可能增加20%～40%的成本及體積。針對這種情況，本篇文章主要介紹了一種低壓差穩(wěn)壓直流電源電路的設計方法，電路器件選用常規(guī)器件，成本低，并且具有很好的負載特性和電壓穩(wěn)定性。
電路工作原理
圖1為低壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖。該電路是由基準電壓、電壓放大和電流放大等3個環(huán)節(jié)組成。其中，基準電壓由TL431產生，按圖1中電路連接，當通過R0的電流在0.5~10 mA時可獲得穩(wěn)定的2.5 V基準輸出。輸出電壓的具體數值由運算放大器UA確定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻抗極大，可很好地將TL431輸出的2.5 V電壓與后級電路隔離，使其不受負載變化的影響。運放與電阻R3和R2組成比例放大環(huán)節(jié)，可對基準電壓按要求進行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過運放的電源電壓。
電流放大采用兩個三極管，UA通過驅動調整管VQ2控制調整管VQ1，組成反饋實現(xiàn)電流放大環(huán)節(jié)，對輸出電壓進行調節(jié)，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。二極管VD在運放UA低壓輸出時，使調整管VQ2基極一發(fā)射極電壓為負，使VQ2立即進入截止狀態(tài)，電流Ic2迅速降低，VQ2的VCE升高導致VQ1的基極電壓升高，使 VQ1的基極電流IB減少，進而減少輸出電流ICQ1(βIB)，反之同理。RL是輸出負載，C0和C1是濾波電容。電路主要參數設計
控制環(huán)節(jié)設計
控制環(huán)節(jié)回路等效圖如圖2和圖3所示，其中圖2為比例電壓增益原理圖，圖3為電流放大原理圖。按照圖2和圖3，可得出控制環(huán)節(jié)回路方程：式（2）中，Irg為運放UA的輸出端1的輸出控制電流。由式(2)可知，Irg通過控制VQ2的電流，IC2控制VQ1的基極電流，IB1、R8控制調節(jié)管VQ2，進而控制VQ1的輸出電流IC1，VQ2是與 VQ1形成串聯(lián)負反饋，無需進一步放大VQ1的輸出電流IC1，用R8對IC1分流。電路輸出電壓Vcc為5 V，驅動額定負載是350 Ω，供電電源是標準7 V輸出的電池。運算放大器選LM358，取R1、R2為10 kΩ，TL431電流范圍是100～150 mA，選用R1=3 kΩ，符合要求。VCC=(1+R2/R1)x2.5=5 V。合理選取R8和R9的電阻值，使VQ1和VQ2均工作在線性區(qū)。
電網和負載波動情況下，Ib、Ie、Ucc盡量小，以減少損耗。設置靜態(tài)工作點要選擇合適的驅動管VQ1和偏置電阻R8、R9。VQ1的靜態(tài)工作點為：
式中，Irg為運放的控制輸出信號，Vin為電源電壓，Vcc為5 V輸出電壓，RL為額定負載200Ω，VD是二極管導通電壓0.7V。由式(3)和(4)可以確定VQ2的參數，然后，計算電阻R9：
使用放大倍數β1、β2在30-80之間的調整管，放大倍數較大的調整管消耗功率較小，但穩(wěn)定性降低，這里選取β為50，設計供電電源在5.2～9 V之間波動，為了防止電源電壓高時燒毀調整管VQ2，加約1 kΩ的電阻R8以限流保護。過流保護電路的設計
圖3中，電阻Ri與三極管VQ3組成過流保護環(huán)節(jié)。輸出電流過大時，取樣電阻Ri上的電壓大于0.7 V，VQ3導通，迫使調整管基極電壓Vbe降低，直到關閉電源輸出。R4=0.7/kIC。其中，LC為輸出電流，K為最大過流系數，通常取值約1.5。 R7=(Vcc-Uce3)/Ie3≈Vrg/Ic3，限制Ic3不宜過大，以免VQ3過流損壞。試驗
圖4為設計的一個直流穩(wěn)壓電源模塊，輸入電源為直流5～9 V的蓄電池組，分別對設計電路進行電源特性和負載特性試驗，其中負載特性試驗以輸入的6.5 V蓄電池模擬實際使用工作環(huán)境。圖5為其試驗記錄結果。輸出紋波試驗數據，當電源輸入電壓為5-11 V，輸出紋波為5～8 mV。
從實驗當中能夠看出，本設計的具有穩(wěn)壓精度高、負載特性好的一系列特點，最主要的是電路結構簡單，可利用接口P0監(jiān)測實際電源，此電路已投入生產，通過實踐檢驗該電路設計性能可靠，耗電少，可很好滿足單電源供電應用情況。
本篇文章主要介紹了一種低壓差直流穩(wěn)壓電源設計，這種設計克服了在電源供電電壓過低時造成的不便，并且節(jié)約了成本和時間，希望大家在閱讀過本篇文章之后，能對這種方法有進一步的了解。
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