TL431 恒流源电路：电流要求、原理及常用应用电路探讨

TL431 是电子领域中一种常用的三端稳压器，它具备高精度、低漏电流、较低的输出杂波和较高的电压精度等显著特点。而恒流源电路则是能够在一定负载范围内产生恒定电流输出的电路。将 TL431 应用于恒流源电路中，可构成一种简单、可靠且低成本的恒流源电路。不过，对于 TL431 恒流源电路而言，电流对其有着特定的要求，下面我们来详细探究一番。

TL431 内部结构

该器件的符号如图 1 所示，其三个引脚分别为阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF），参考电压固定为 2.5V。

一、TL431 恒流源电路原理

TL431 作为一种基准电压稳压器，其工作基于反馈原理。它能够依据输入电压的变化，对输出电压进行稳定控制。当输入电压发生改变时，TL431 会自动调节其输出电阻，以此保持输出电压恒定。恒流源电路是在 TL431 稳压器的基础上实现恒流输出的。具体电路原理如下：

在电路中，通过调节R1的电阻值，可以控制输出的恒定电流值。具体的电路原理如下：

1.输入电压Uin进入电路，经过去耦电容C1滤波，去除高频噪声。

2.TL431稳压器对输入电压进行稳压，产生一个参考电压Vref。根据反馈原理，通过调节TL431的输出电阻，可以实现输出电压和电流的稳定控制。

3.通过R1电阻和R2电阻的串联，产生参考电流Iref，它被送到TL431的参考端口。

4.TL431会将参考电流与外部电路中的电流进行比较，将参考电流调整为和外部电路中的电流相等，从而实现恒流输出的控制。

因此，通过调节电路中的电阻，可以实现对输出的恒定电流值的调节。

二、对电流的要求

对于 TL431 恒流源电路来说，电流方面存在以下要求：

1.输出电流范围：在选择 TL431 时，必须根据实际应用中的电流需求来挑选合适的型号。TL431 的输出电流范围通常是 0.1mA - 100mA，所以恒流源电路的输出电流范围也应在此区间内。

2.输入电源电压：使用 TL431 恒流源电路时，要特别注意其输入电源电压的范围。一般情况下，输入电源电压需要满足 TL431 的工作电压范围，即 2.5V - 36V。

3.电源电流：电源需要为 TL431 恒流源电路提供稳定的电流，以确保电路能够正常工作。

4.负载能力：电路需要具备适应一定范围内负载变化的能力，否则可能会导致电路不稳定或者输出电流不准确。

此外，对于 TL431 恒流源电路，不仅要精心选择电路设计中的电阻值、电容值、电源等相关参数，还要充分考虑电路的可靠性、稳定性以及负载能力等因素，尽可能实现恒流输出的精确性和稳定性。同时，要密切关注电路在工作过程中的温度变化以及去耦电容等外部元器件对电路的影响，以此保证电路的正常工作稳定性。

TL431 常用应用电路

1.并联稳压器

这是 431 应用最为广泛的电路，输出电压 Vout = (1 + R1/R2) Vref。通过选择不同的 R1 和 R2 的值，可以得到从 2.5V 到 36V 范围内的任意电压输出。特别地，当 R1 = R2 时，VO = 5V。由于参考极输入采用的是射极跟随器，因此该电路具有很高的输入阻抗，而输入电流很小。

对于此电路，基本分析步骤如下：

1）确定稳压电压。

2）确定负载最大电流。

3）根据输入电压 Vin、稳压电压，通过限流电阻 R 确认 TL431 的工作电流（1mA - 100mA）。

4）算出限流电阻 R 的功率，P = (Vin - Vout) * (Vin - Vout) / R，然后选择合适的电阻 R。

例如，当输入电压为 12V，输出电压为 3.3V 时，根据 TL431 的 Ref 引脚只需 uA 级的电流就能实现稳压，所以 R1 和 R2 可选择 K 级电阻，假设 K1 选择 15K，那么 K2 为 47K，此时输出电压为 3.297V；负载电流 Iout 假设是 30mA，流过 TL431 的电流 IKA 可以按照最小值 1mA 计算，那么输入电流 Iin = Iout + IKA = 31mA，电流电阻 R ≤ (Vin - Vout) / Iin ≈ 280Ω，可以取 220 欧姆，此时电阻功率 P ≈ 344mW，电阻可取 3/4W 的 2010 封装贴片电阻。需要注意的是，TL431 的耗散功率一般是 350mW 左右，即 PD ≥ Iout * Vout。此种稳压器功率较小，一般只用作基准电源，适合于宽输入电压或存在大的输入电压瞬变场合。

2. 串联稳压器

串联稳压器可以看作是并联稳压器的扩充，它能够输出较大的电流（如果采用大电流的复合管），但其输出电压公式与并联稳压器相同，即 Vout = (1 + R1/R2) Vref，需要注意输出最小值 Vout (min) = Vref + Vbe。R 为 TL431 提供工作电流，同时也为晶体管 Q 提供基极电流，C1 起到补偿作用，TL431 耗散功率 PD = Vout * (Iout / β)，其中 β 为晶体管放大倍数。这种基准电源适合于负载电流变化、电源电流和负载电流同时减小或者需要对基准源进行休眠或关断的场合。

3. 并联扩流稳压电路

并联扩流稳压电路是在基本的并联稳压电路基础上进行修改而来的。通过增加三极管，将三极管的发射极连接到输出电压端，利用三极管的放大状态，使其具备扩流作用。

4. 比较器

利用 EL431 的基准电压 Vref 可以设计带温补电压基准的单电源比较器，其中 Vth = Vref。当 Vin ＜ Vref 时，Vout ＞ 0；当 Vin ＞ Vref 时，Vout ≌ 2V。

5. 恒流源

由于 Vref 端的电压始终稳定在 2.5V，那么接在 REF 端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点，可以将 TL431 设计出精密的恒流源，恒流电流 I = Vref / R1。

6. 用作开关电源的误差放大器

在开关电源当中，我们经常会看到以 TL431 构成误差放大器，以光耦进行原副边隔离的电路结构。R3 和 R5 决定输出电压大小，C4 和 R6 构成补偿网络。当输出电压发生变化时，最终会导致光耦输入端二极管电流变化，从而控制电源芯片开关管通断频率，使输出电压保持不变。

TL431 恒流源电路在电子领域有着广泛的应用，深入了解其电流要求和常见应用电路，对于电子工程师进行电路设计和优化具有重要意义。同时，在实际应用中，要充分考虑各种因素对电路性能的影响，确保电路的稳定性和可靠性。