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电源-并联稳压器TL431扩流

原创 硬件之路学习笔记 2024-02-29 22:41
解密5G NR定位在分布式能源系统的同步控制应用 超低功耗CW32L083系列


本文简介

主要内容

      • 并联稳压器TL431的扩流

      • 并联方式扩流

      • 串联方式扩流

      • 两种扩流方式比较

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正文


一、

并联稳压器TL431的扩流





01

TL431简介  

        TL431是一种非常经典的并联稳压器，其拥有最高0.5%的精度36V的可调输出电压、低输出噪声、小输出阻抗等优点。其有优异的性能完全可以替代齐纳二极管，且有用作比较器等扩展应用

        但是不足之处是只有1~100mA的灌电流能力，当负载电流减小或者断开时，所有的功率都通过TL431的内部三极管发热消耗，因此其不能带大功率负载。 TL431典型应用如图1所示。

        

图1 TL431典型应用电路       

02

  扩流原理

        了解TL431内部结构及不能带大负载的原因后我们就可以针对性设计扩展其电流，基本原理是通过外部增加三极管，依靠此三极管承受大电流。同样的也有串联和并联两种扩流方式，以下将分别分析两种扩流方式的原理与优缺点。   

二、

并联扩流





01

 基本原理图 

   

图2 TL431并联扩流原理图

02

原理分析  

      

         ① 电流分析

        由于输出电压Vout是固定的，则电流I1=（12V-Vout）/Rsup也是固定的，且I1=IL+I2，因此当负载电流IL增大时，三极管电流I2减小，反之同理。

        ② 电压分析  

      假设负载电流不变，当Vout因为扰动减小时，此时TL431的Vref电压也减小，由于TL431自身原理（点击阅读TL431内部原理），其过电流能力下降，因此三极管的基级电流Ib也下降，由于Ic=β*Ib，所以三极管的电流下降，即I2下降，I1=IL+I2,因此I1减小，即Rsup的压降减小，Vout=12V-VRsup，因此Vout增大，形成负反馈。

   3. 仿真分析

       

    图3 并联扩流高负载各点电压电流

  图4 并联扩流小负载各点电压电流

        图3图4可以看出，三极管与负载共同承受电流，因此依靠此电路只要提高三极管的功率就可以让TL431输出大功率。但这个电路也存在问题，限流电阻R17的功率为1.39*1.39*5=9.66瓦，这个功率很大，不好选择电阻，需要采用多个大功率电阻并联的形式，非常占用空间和成本。


三、

串联扩流





01

 基本原理图 

        

图5 TL431串联扩流原理图

02

  原理分析

        

        ① 电流分析

        如图5，负载电流增大，即三极管Q1电流Ic增大，Ic=β*Ib，所以Ib增大，由于Ib=I1-I2，I1不变，则I2减小。负载电流减小时同理。

        ② 电压分析  

         假设负载电流不变，当输出电压受到扰动Vout减小，此时TL431的Vref电压也减小，由于TL431自身原理（点击阅读TL431内部原理），其过电流能力即I2下降，三极管电流Ib=I1-I2，所以Ib增大，则三极管压降VCE减小，Vout=12V-VCE，所以Vout增大，形成负反馈。        

        可以看出，其实串联扩流就是相当于把TL431变成一个串联稳压器（点击阅读LDO相关文章）。

03

 仿真分析 

        
  图6 串联扩流大负载各点电压电流
图7 串联扩流小负载各点电压电流
        图6图7可以看出，串联扩流形式三极管也需要根据负载情况选择，但其不需要大功率限流电阻，且当负载为低负载时，三极管自身并不会消耗多余的负载，因此其效率要高于并联形式。(点击阅读串联稳压器相关文章)

        但串联形式与LDO一样需要保证一定的输入输出压差，而并联形式只需要调整限流电阻大小即可。


四、

串联、并联扩流对比




   

图7 串联、并联扩流对比


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