深入解析TL431LI/TL432LI可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，穩(wěn)壓器是不可或缺的關(guān)鍵組件，它能為電路提供穩(wěn)定的電壓，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。今天，我們就來(lái)深入探討一下TI公司的TL431LI/TL432LI可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器。

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一、產(chǎn)品概述

TL431LI和TL432LI是具有優(yōu)化參考電流的可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器，它們?cè)谄?、商業(yè)和軍事等多種溫度范圍內(nèi)都能保持出色的熱穩(wěn)定性。這兩款器件的功能和電氣規(guī)格基本相同，只是DBZ封裝的引腳排列有所不同。

1.1 主要特性

• 高精度參考電壓：在25°C時(shí)，參考電壓容差分為B級(jí)（0.5%）和A級(jí)（1%），最小典型輸出電壓為2.495V，輸出電壓可在 (V_{ref}) 到36V之間調(diào)節(jié)。
• 寬溫度范圍：可在 -40°C至 +125°C（Q溫度等級(jí)）的環(huán)境下工作，最大溫度漂移在不同溫度等級(jí)下有所不同，如C溫度等級(jí)為10mV，I溫度等級(jí)為17mV，Q溫度等級(jí)為27mV。
• 低輸出阻抗：典型輸出阻抗為0.3Ω，能夠提供穩(wěn)定的輸出。
• 大電流能力：具有1mA（最大）的最小陰極電流和15mA（最大）的陰極電流能力，參考輸入電流 (I_{REF}) 最大為0.4μA，且參考輸入電流在溫度范圍內(nèi)的偏差 (I(dev)) 最大為0.3μA。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

• 可調(diào)電壓和電流參考：可用于需要精確電壓和電流參考的電路中。
• 反激式開關(guān)電源的次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)：幫助提高電源的穩(wěn)定性和效率。
• 齊納二極管替代：在許多應(yīng)用中可以替代齊納二極管，提供更穩(wěn)定的性能。
• 電壓監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路中的電壓變化。
• 精密恒流源/負(fù)載：為電路提供穩(wěn)定的電流。
• 帶集成參考的比較器：用于比較輸入信號(hào)和參考電壓。

二、詳細(xì)規(guī)格

2.1 絕對(duì)最大額定值

在使用TL431LI/TL432LI時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，以避免對(duì)器件造成永久性損壞。例如，陰極電壓最大為37V，連續(xù)陰極電流范圍為 -10mA至18mA，參考輸入電流范圍為 -5mA至10mA，工作結(jié)溫范圍為 -40°C至150°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至150°C。

2.2 ESD 評(píng)級(jí)

該器件的人體模型（HBM）靜電放電耐壓為 ±2000V，充電設(shè)備模型（CDM）靜電放電耐壓為 ±1000V。在處理和使用過(guò)程中，需要采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施，以防止ESD對(duì)器件造成損壞。

2.3 熱信息

了解器件的熱特性對(duì)于保證其正常工作至關(guān)重要。TL43xLI的結(jié)到環(huán)境的熱阻 (R{θJA}) 為371.7°C/W，結(jié)到外殼（頂部）的熱阻 (R{θJC(top)}) 為145.9°C/W，結(jié)到電路板的熱阻 (R_{θJB}) 為104.7°C/W等。

2.4 推薦工作條件

推薦的陰極電壓范圍為 (V_{REF}) 到36V，連續(xù)陰極電流范圍為1mA至15mA。不同溫度等級(jí)的器件有不同的工作溫度范圍，如TL43xLIxC為0°C至70°C，TL43xLIxI為 -40°C至85°C，TL43xLIxQ為 -40°C至125°C。

2.5 電氣特性

在推薦工作條件下，參考電壓在25°C時(shí)的典型值為2.495mV，不同等級(jí)的器件有不同的參考電壓容差。參考輸入電流 (I{REF}) 最大為0.4μA，參考輸入電壓在全溫度范圍內(nèi)的偏差 (V{I(dev)}) 和參考輸入電流在全溫度范圍內(nèi)的偏差 (I(dev)) 也有相應(yīng)的規(guī)定。此外，還規(guī)定了最小陰極調(diào)節(jié)電流、關(guān)斷狀態(tài)陰極電流和動(dòng)態(tài)阻抗等參數(shù)。

三、工作原理與功能模式

3.1 工作原理

TL43xLI由內(nèi)部參考和放大器組成，根據(jù)參考引腳和內(nèi)部虛擬引腳之間的差異輸出吸收電流。內(nèi)部采用達(dá)林頓對(duì)結(jié)構(gòu)，能夠吸收最大15mA的電流。當(dāng)有足夠的電壓裕量（≥2.495V）和陰極電流時(shí)，TL43xLI會(huì)將參考引腳強(qiáng)制為2.495V，但參考引腳不能懸空，需要 (I_{REF} ≥0.4μA)。

3.2 功能模式

• 開環(huán)模式（比較器）：當(dāng)陰極/輸出電壓或電流不以任何形式反饋到參考/輸入引腳時(shí)，器件工作在開環(huán)模式。在這種模式下，TL43xLI具有高增益，通常用作比較器，可用于監(jiān)測(cè)單個(gè)信號(hào)的特定電平。
• 閉環(huán)模式：當(dāng)陰極/輸出電壓或電流反饋到參考/輸入引腳時(shí)，器件工作在閉環(huán)模式。大多數(shù)應(yīng)用采用這種模式來(lái)調(diào)節(jié)固定電壓或電流，通過(guò)反饋使器件作為誤差放大器，將輸出電壓與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較并調(diào)整，以保持所需的調(diào)節(jié)。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)

4.1 比較器應(yīng)用

在比較器應(yīng)用中，需要確定輸入電壓范圍、參考電壓精度、輸出邏輯輸入高低電平閾值和電流源電阻等參數(shù)。為了獲得快速響應(yīng)，應(yīng)提供足夠的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)大于預(yù)期正誤差，并使用小于10kΩ的輸入電阻提供 (I_{REF})。同時(shí)，要注意輸出電壓和邏輯輸入電平的匹配，必要時(shí)使用電阻分壓器來(lái)衰減輸出電壓。

4.2 精密恒流源應(yīng)用

作為精密恒流源時(shí)，要確定輸出電流范圍、輸出電流精度和TL43xLI的功耗。輸出電流范圍由電路中的方程決定，輸出電流精度取決于TL43xLI和感測(cè)電阻 (R_{S}) 的精度，以及它們的溫度系數(shù)。為了使TL43xLI正常工作，需要設(shè)置外部偏置電阻以達(dá)到最小工作電流。

4.3 并聯(lián)穩(wěn)壓器/參考應(yīng)用

在并聯(lián)穩(wěn)壓器應(yīng)用中，要確定輸入電壓范圍、溫度范圍、總精度、陰極電流、參考初始精度和輸出電容等參數(shù)。通過(guò)在陰極和陽(yáng)極引腳之間并聯(lián)電阻橋，并將中點(diǎn)連接到參考引腳，可以對(duì)陰極電壓進(jìn)行編程。同時(shí)，要考慮電阻精度、參考電壓隨溫度的變化、參考電壓與陰極電壓變化的比率以及動(dòng)態(tài)阻抗等因素對(duì)總精度的影響。此外，還需要注意穩(wěn)定性和啟動(dòng)時(shí)間等問(wèn)題。

4.4 隔離反激式光耦應(yīng)用

在隔離反激式光耦設(shè)計(jì)中，TL431LI用于次級(jí)側(cè)的反饋網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的反饋網(wǎng)絡(luò)，以滿足輸出電壓在全溫度范圍內(nèi)的精度要求。需要計(jì)算TL431反饋回路的誤差，考慮參考電壓誤差和參考輸入電流誤差等因素。

五、設(shè)計(jì)建議

5.1 電源供應(yīng)

當(dāng)使用TL43xLI作為線性穩(wěn)壓器為負(fù)載供電時(shí)，通常在輸出/陰極引腳使用旁路電容，但要確保電容值在穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。同時(shí)，要限制電源電壓的電流，避免超過(guò)最大陰極電流，并限制流入?yún)⒖家_的電流，不超過(guò)其絕對(duì)最大額定值。對(duì)于分流大電流的應(yīng)用，要注意陰極和陽(yáng)極的走線長(zhǎng)度，調(diào)整走線寬度以保證適當(dāng)?shù)碾娏髅芏取?/p>

5.2 布局設(shè)計(jì)

旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件放置，載流走線的寬度要根據(jù)所承載的電流大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，提供了DBZ封裝的布局示例，可供參考。

六、總結(jié)

TL431LI/TL432LI可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器具有高精度、寬溫度范圍、低輸出阻抗等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮其規(guī)格參數(shù)、工作原理和應(yīng)用要求，合理選擇器件和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用TL431LI/TL432LI的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。