TL431的工作原理和仿真验证

tl431是一个看起来非常简单的器件,通常作为并联型电压基准用于反激电路。其内部等效原理图如下图由精确电压基准和运算放大器,npn管与二极管构成。
另外431还可以开环作为具有集成基准的比较器使用,开环配置的tl431通常用作电压比较器、欠压监测器、过压监测器、窗口电压检测器和许多其他类型的用途。本文主要讲解在开环配置中tl431的工作原理与设计方法。
一、工作原理:
输入电压被送入ref引脚,并与内部参考电压(vref)进行比较。如果ref引脚上的输入电压小于参考电压,则框图中的晶体管保持关闭状态,充当阴极和阳极之间的开路。在这种状态下,vsup和vout(在此原理图中也称为vka)是相等的,并且产生逻辑“高”输出。相反,如果ref引脚上的输入电压大于参考电压(vref),则框图中的晶体管导通,电流在阴极和阳极之间流动。在这种状态下,vka(low)和vout相等,产生一个逻辑“low”输出。
①:当vin 
②:当vin>vref  vout=vka(low)
二、仿真验证:(内置ref=1.24v)
1.    vin
vout=vsup=3.3v
vsup和rsup必须设计成至少提供最小阴极电流(ika),但它们不得超过数据手册中绝对最大值所示的最大阴极电压(36v)或电流值(18ma)。设置为vsup的值将是“高”状态的输出值。
2.    vin>vref 输出低电平 (vin:0~3.3v) (vout:~1v)
vin=3.3v,vout=0.912v  ;vin=1.25v ,vout=1.15v
vin越大,内部npn所受驱动力越强,vout 越小。
“低”状态将由vref的特征值及其依赖项(如ika、iref和温度)设置。下图显示了tl431的vka受温度,iref随着ika的变化曲线。全温度范围内,当ika约等于2ma, iref约等于100ua,温度变化范围为85℃~-40℃时 δvka(即δvout) 约400mv。
设计参数:
设计参数 示例值
输入电压范围(vin) 0~3.3v
输入电阻(rref) 10kω
阴极电流(rsup) 3.3ma
输出电平(vka/vout) 1v~vsup
知道了开环431的工作原理,考虑vka 变动裕量就可以灵活设计所需要的电路。

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