一种TL431应用供电线路结构及稳压方法和应用与流程

本发明属于供电线路领域，具体涉及一种tl431应用供电线路结构及稳压方法和应用。

背景技术：

供电线路常用于电子系统中各个控制功能单元电路的供电，是电子系统各个功能单元正常工作的必要条件。一直以来电子工程师对电子系统中的供电线路关注较多，例如线性稳压供电线路结构和恒流供电线路结构最为常用。在器件应用方面三端可编程精密基准源(tl431)由于其输出电压可编程控制、内置基准源等特点，应用线路结构简单。关于tl431在供电线路中的应用被研究得也相对较多，目前已有的tl431应用供电线路大致分为以下几种。

图1是由tl431构成的串联稳压器的典型应用线路之一，由限流电阻r1、三端可编程精密基准源u1、三极管p1、电容c1、采样电阻r2和采样电阻r3组成，其中芯片u1为tl431。电路工作时，输入电压vin经限流电阻r1为u1提供工作电流，输出电压经采样电阻r2和r3采样后，输入到u1的ref端，即b点。这样输出端vout的高低就可以通过采样电阻r2和采样电阻r3反馈到u1的输出端a点。a点电压的高低控制着三极管p1基极的高低，从而实时调整三极管p1的vce，使得输出端vout的电压得以稳定。该线路结构的优点是线路结构简单，输出电压稳定，输出电压vout＝(1+r2/r3)vb；缺点是输入端的输入电压有限，vin(max)≤36v。

图2是由tl431构成的串联稳压器的典型应用线路之二，由限流电阻r1、三端可编程精密基准源u1、mos管p1、电容c1和采样电阻r2、r3组成，其中u1为tl431。电路工作时，输入电压vin经限流电阻r1为芯片u1提供工作电流，输出电压经电阻r2和r3采样后，输入到u1的ref端，即b点。这样，输出端vout的高低就可以通过采样电阻r2和r3反馈到u1的输出端a点。a点电压的高低控制着mos管p1栅极电压的高低，从而实时调整mos管p1的vds，使得输出端vout的电压得以稳定。该线路结构的优点是线路结构简单，输出电压稳定，输出电压vout＝(1+r2/r3)vb；缺点是输入端的输入电压有限，vin(max)≤36v。

可见，现有tl431应用的供电线路结构简单，但有一个共同缺点，即供电线路的输入电压(vin)不能超过36v(tl431的供电范围)，这对tl431应用的供电线路来说是一个局限，限制了tl431供电线路的应用范围。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种tl431应用供电线路结构及稳压方法和应用，解决了tl431典型应用供电线路中输入电压的限制问题，可应用于输入电压为20v～50v的范围和80v～120v的范围的电子系统中。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种tl431应用供电线路结构，包括稳压管z1、采样电阻r1、采样电阻r2、限流电阻r3、电阻r4、三极管q2、mos管q1和三端可编程精密基准源u1；

输入电压端接限流电阻r3的一端、三极管q2的集电极和mos管q1的漏极；限流电阻r3的另一端接稳压管z1的阴极和三极管q2的基极，稳压管z1的阳极接地，三极管q2的发射极接电阻r4的一端，电阻r4的另一端接mos管q1的栅极和三端可编程精密基准源u1的输出端；三端可编程精密基准源u1的阳极接地，参考端接采样电阻r1一端和采样电阻r2一端，采样电阻r2的另一端接地，采样电阻r1的另一端接mos管q1的源极，mos管q1的源极为系统内部供电端。

优选的，三极管q2为耐压80v的三极管，mos管q1为耐压100v的mos管。

一种tl431应用供电线路的稳压方法，基于所述的供电线路结构，当输入电压小于稳压管z1的稳压值时，输入电压经限流电阻r3后，直接为三极管q2的基极提供电流，稳压管z1不工作，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区，为tl431提供需要的工作电流；输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，将输出电压的变化反映到三端可编程精密基准源u1的参考端，进而通过改变三端可编程精密基准源u1的阴极，即可改变mos管q1的栅源电压，调整mos管q1的漏源电压，从而稳定输出电压；当输入电压大于稳压管z1的稳压值时，稳压管z1的阴极电压稳定在稳压管z1的稳定值，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区；输入电压大于稳压管z1稳压值的部分电压落在三极管q2的集电极和发射极上，输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，通过改变三端可编程精密基准源u1的阴极以调整mos管q1的漏源电压，从而稳定输出电压。

所述的tl431应用供电线路结构的应用，应用于输入范围为20v～50v的电子系统中。

优选的，电子系统为dc/dc变换器。

所述的tl431应用供电线路结构的应用，应用于输入范围为80v～120v的电子系统中。

优选的，电子系统为dc/dc变换器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明tl431应用供电线路结构，通过设置稳压管z1和三极管q2，当输入电压大于稳压管z1的稳压值时，稳压管z1的阴极电压稳定在稳压管z1的稳定值，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区；输入电压大于稳压管z1稳压值的部分电压落在三极管q2的集电极和发射极上，从而克服了其输入电压范围受tl431器件工作电压范围的限制，拓宽了其输入电压范围。通过调整内部器件q1和q2，本发明可以应用于更高或更宽输入电压范围的电子系统中。本发明已应用于输入电压为20v～50v范围和80v～120v范围的dc/dc模块中。本发明解决了tl431典型应用供电线路中输入电压的限制问题，使其适应更宽的输入电压范围，极大地拓宽了tl431供电线路的应用范围。

附图说明

图1为现有的tl431应用的供电线路之一；

图2为现有的tl431应用的供电线路之二；

图3为本发明的tl431应用供电线路结构；

图4为现有的tl431应用的供电线路之一的实例；

图5为现有的tl431应用的供电线路之二的实例；

图6为本发明tl431应用供电线路结构的实例。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明所述tl431应用供电线路结构，克服了其输入电压范围受tl431器件工作电压范围的限制，拓宽了其输入电压范围。通过调整内部器件，本发明甚至可以应用于更高或更宽输入电压范围的电子系统中。

本发明中设计的供电线路结构如图3所示，包括稳压管z1、采样电阻r1、采样电阻r2、限流电阻r3、电阻r4、三极管q2、mos管q1和三端可编程精密基准源u1。三端可编程精密基准源u1为tl431。vin端口为输入电压端，vout端口为系统内部供电端。输入电压端接限流电阻r3的一端、三极管q2的集电极和mos管q1的漏极。限流电阻r3的另一端接稳压管z1的阴极和三极管q2的基极。稳压管z1的阳极接地。三极管q2的发射极接电阻r4的一端。电阻r4的另一端接mos管q1的栅极和三端可编程精密基准源u1的输出端，即tl431的阴极。三端可编程精密基准源u1的阳极接地，参考端接采样电阻r1和采样电阻r2，采样电阻r2的另一端接地。采样电阻r1的另一端接mos管q1的源极，即vout端口，也就是系统内部供电端。

具体工作方式：输入电压端的输入电压经过限流电阻r3后接稳压管z1。稳压管z1的稳压值应当是小于36v的某一个电压值。当vin端口的输入电压小于稳压管z1的稳压值时，输入电压经限流电阻r3后，直接为三极管q2的基极提供电流，稳压管z1不工作。这时，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区，为tl431提供需要的工作电流。vout端口的输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，将vout端口的输出电压的变化反映到三端可编程精密基准源u1的参考端，进而通过改变三端可编程精密基准源u1的阴极，即三端可编程精密基准源u1输出端的电平，从而改变了mos管q1的栅源电压，调整mos管q1的漏源电压，以达到稳定vout端口的输出电压。当vin端口的输入电压大于稳压管z1的稳压值时，a点的电压稳定在稳压管z1的稳定值。这时，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区。三极管q2的发射极电压为基极电压减去一个发射结的结电压。vin端口的输入电压大于稳压管z1稳压值的部分电压落在三极管q2的集电极和发射极上。vout端口的输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，通过三端可编程精密基准源u1调整mos管q1的漏源电压，以达到稳定vout端口的输出电压。另外，可以根据输入电压范围的不同，可以选用不同耐压的三极管q2。

背景技术中所述的tl431应用的供电线路之一和tl431应用的供电线路之二以及本发明的供电电路结构的应用实例分别如图4、5和6所示，其供电线路损耗比较如表1所示。

表1供电线路的损耗

实施例1

本发明应用于输入范围为20v～50v的电子系统中，典型输入电压28v，输出电压15v，输出功率为30w的dc/dc变换器中。在这个应用中，稳压管z1的稳压值是24v。当vin端口的输入电压小于24v时，输入电压经限流电阻r3后，直接为三极管q2的基极提供电流，稳压管z1不工作。这时，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区，为三端可编程精密基准源u1提供需要的工作电流。vout端口的输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，将vout端口的输出电压的变化反映到可编程精密基准源u1的参考端，进而改变可编程精密基准源u1的阴极，即可编程精密基准源u1输出端的电平，从而改变了mos管q1的栅源电压，调整mos管的漏源电压，以达到稳定vout端口的输出电压。当vin端口的输入电压增加到大于24v时，a点的电压稳定在24v。这时，三极管q2的发射极正偏，集电极反偏，三极管q2工作在放大区。三极管q2的发射极电压为基极电压减去一个发射结的结电压。vin端口的输入电压高于24v的电压落在三极管q2的集电极和发射极上。vout端口的输出电压经过采样电阻r1和采样电阻r2后，通过芯片u1调整mos管的漏源电压，达到稳定vout端口的输出电压。

实施例2

本发明的结构还应用于输入范围为80v～120v的dc/dc变换器中，使用方法与实施例1相同。

另外，可以根据输入电压范围的不同，可以选用不同耐压的三极管q2。例如电子系统的输入电压范围是20v～50v时，q2选取的是耐压为80v的三极管，q1选取的是耐压为100v的mos管，充分考虑了电子系统的安全可靠性。

上述提出的新型tl431供电线路结构已经投入到20v～50v系列和80v～120v的军用dc/dc变换器设计中，解决了tl431串联稳压器的输入电压限制，拓宽了其应用范围。

本发明的tl431应用供电线路结构，解决了tl431典型应用供电线路中输入电压的限制问题，使其适应更宽的输入电压范围，极大地拓宽了tl431供电线路的应用范围。