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一、TL431是什么元件?TL431工作原理+功能引脚图+电路案例详解，秒懂_百...

TL431是一个可调并联稳压器，常用于单片机精密开关电源或线性稳压电源，因其性能优异且价格便宜。其功能多样，可作为正负电压基准，具有低输出噪声电压特性。它还能组成电压比较器、电源电压监测器、延时电路和精密恒流源等。

TL431由三个引脚组成：参考端、阳极、阴极。引脚识别可以通过实物图查看，将标识正对自身，从左至右依次为参考端、阳极、阴极。

工作原理方面，TL431内部包含一个2.5V参考源和运放，当参考端电压接近参考电压时，运放输出稳定的电流。电阻R1和R2的选择可以设置输出电压，其公式为V0=(1+R1/R2)Vref。当输入电压变化时，输出电压通过负反馈调节，保持稳定。

测量TL431好坏可通过外接电源进行，观察阴极电流变化和输出电压。正常情况下，阴极电压在电源电压和2V之间切换。如果电源电压升高，电流下降，说明TL431导通；反之，电流增加，说明TL431截止。

并联稳压电路是TL431最常用的电路，通过调整R1和R2的值可获得2.5V到36V的电压输出。串联稳压电路具有大电流输出能力，其工作原理与并联稳压电路类似，适用于负载电流变化的场景。

比较电路利用TL431的参考电压设计带有温度补偿的电压比较器。恒流源电路通过参考电压保持恒定电流流过电阻。放大器电路示例用于400mW唱机放大。

二、【非常经典】开关电源各种保护电路实例详细解剖!

输入欠压保护电路

概述：输入欠压保护电路用于检测输入电压是否低于保护电压，当电压低于设定值时，关闭输出。

工作原理：电路中的组件A点电压与U4的Vref比较。当电源输入电压高于欠压保护设定点，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常。当输入电压低于保护电压，A点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，Vcc没有电压，Vref也为低电平。当输入电压逐渐升高，A点电压也逐渐升高，高于U4的Vref，模块恢复正常工作。R4可设定欠压保护点的回差。

优点：电路简单，保护点精确。缺点：成本较高。

注意事项：电阻R1、R2的取值需谨慎，有时需要并联以得到所需保护点。需注意R1、R2的温度系数，以避免高低温时欠压保护点的大幅变化。

输出过压保护电路

概述：输出过压保护电路用于检测输出电压是否高于正常范围，当电压高于设定值时，将输出电压钳位在设定值。

工作原理：当电压超过VD3的稳压值，VD3导通，输出电压被钳位，同时通过IC4反馈。过压保护值可精确设置，但稳压管批次间稳压值差异导致过压点浮动，需经常调试。

优点：电路简单，成本较低。缺点：过压钳位点浮动，需调试。

注意事项：选择温度系数好的稳压管VD3，调试元件R32考虑多个并联。

过压保护自锁控制电路

概述：该电路在反馈失效时，通过自锁控制关闭PWM，无输出，直至排除故障后重新启动电源。

工作原理：当CONTROL端给出高电平，U1三极管导通，VCC供电。Vcc经R5给Q2电流，Q1导通进入饱和状态，SHUT端被Q2拉至低电平，PWM关闭，无输出。Q2控制Q1导通。Q2导通时，Q1基极电流到地，Q1导通，提供基极电流给Q2，维持导通状态。Q1、R1、R2、R3形成正反馈电路。

优点：有效自锁保护，等效可控硅。缺点：需要固定Vcc电压。

注意事项：电路需持续供电，不宜用于无人值守系统。

过温保护电路

概述：过温保护电路在温度高于设定点时关闭模块输出，温度恢复后自动开启。

工作原理：稳压管提供5V电压，温度正常时U1五脚输出高电平。温度超过保护点时输出低电平，温度恢复后输出高电平。

优点：电路简单，精确度高。缺点：成本较高。

注意事项：MAX6501的连接方式影响回差温度，3脚和地相连时回差温度更小。供电电压不能超过7V，否则可能损坏。必须放置在发热部分附近。

过温保护电路-热敏电阻

概述：热敏电阻检测基板温度，阻值变化导致运放输出变化，控制PWM芯片关闭输出。

工作原理：R99热敏电阻随温度变化，正常温度时输出高电平，温度升高后输出低电平，关闭模块输出。引入R98在运放输出低后，调整基准电压，实现温度回差。

优点：温度保护点及温度回差调整灵活。缺点：温度准确度较低，电路复杂度较高。

开关电源芯片内部结构

2022-12-13 00:22·硬十作为一名电源研发工程师，自然经常与各种芯片打交道，可能有的工程师对芯片的内部并不是很了解，不少同学在应用新的芯片时直接翻到Datasheet的应用页面，按照推荐设计搭建外围完事。如此一来即使应用没有问题，却也忽略了更多的技术细节，对于自身的技术成长并没有积累到更好的经验。今天以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例，尽量详细讲解下一颗芯片的内部设计原理和结构，IC行业的同学随便看看就好，欢迎指教!LM2675-5.0的典型应用电路打开LM2675的DataSheet，首先看看框图这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块，BUCK结构我们已经很理解了，这个芯片的主要功能是实现对MOS管的驱动，并通过FB脚检测输出状态来形成环路控制PWM驱动功率MOS管，实现稳压或者恒流输出。这是一个非同步模式电源，即续流器件为外部二极管，而不是内部MOS管。下面咱们一起来分析各个功能是怎么实现的！基准电压类似于板级电路设计的基准电源，芯片内部基准电压为芯片其他电路提供稳定的参考电压。这个基准电压要求高精度、稳定性好、温漂小。芯片内部的参考电压又被称为带隙基准电压，因为这个电压值和硅的带隙电压相近，因此被称为带隙基准。这个值为1.2V左右，如下图的一种结构：这里要回到课本讲公式，PN结的电流和电压公式：可以看出是指数关系，Is是反向饱和漏电流(即PN结因为少子漂移造成的漏电流)。这个电流和PN结的面积成正比!即Is->S。如此就可以推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is)!回到上图，由运放分析VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且因为M3和M4的栅极电压相同，因此电流I1=I2，所以推导出公式：I1=I2=VT*ln(N/R1)N是Q1Q2的PN结面积之比!回到上图，由运放分析VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且因为M3和M4的栅极电压相同，因此电流I1=I2，所以推导出公式：I1=I2=VT*ln(N/R1)N是Q1Q2的PN结面积之比!这样我们最后得到基准Vref=I2*R2+Vbe2，关键点：I1是正温度系数的，而Vbe是负温度系数的，再通过N值调节一下，可是实现很好的温度补偿!得到稳定的基准电压。N一般业界按照8设计，要想实现零温度系数，根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT，所以大概在1.2V左右的，目前在低压领域可以实现小于1V的基准，而且除了温度系数还有电源纹波抑制PSRR等问题，限于水平没法深入了。最后的简图就是这样，运放的设计当然也非常讲究：如图温度特性仿真：振荡器OSC和PWM我们知道开关电源的基本原理是利用PWM方波来驱动功率MOS管，那么自然需要产生振荡的模块，原理很简单，就是利用电容的充放电形成锯齿波和比较器来生成占空比可调的方波。最后详细的电路设计图是这样的：这里有个技术难点是在电流模式下的斜坡补偿，针对的是占空比大于50%时为了稳定斜坡，额外增加了补偿斜坡，我也是粗浅了解，有兴趣同学可详细学习。误差放大器误差放大器的作用是为了保证输出恒流或者恒压，对反馈电压进行采样处理。从而来调节驱动MOS管的PWM，如简图：驱动电路最后的驱动部分结构很简单，就是很大面积的MOS管，电流能力强。其他模块电路这里的其他模块电路是为了保证芯片能够正常和可靠的工作，虽然不是原理的核心，却实实在在的在芯片的设计中占据重要位置。具体说来有几种功能：1、启动模块启动模块的作用自然是来启动芯片工作的，因为上电瞬间有可能所有晶体管电流为0并维持不变，这样没法工作。启动电路的作用就是相当于“点个火”，然后再关闭。如图：上电瞬间，S3自然是打开的，然后S2打开可以打开M4Q1等，就打开了M1M2，右边恒流源电路正常工作，S1也打开了，就把S2给关闭了，完成启动。如果没有S1S2S3，瞬间所有晶体管电流为0。2、过压保护模块OVP很好理解，输入电压太高时，通过开关管来关断输出，避免损坏，通过比较器可以设置一个保护点。3、过温保护模块OTP温度保护是为了防止芯片异常高温损坏，原理比较简单，利用晶体管的温度特性然后通过比较器设置保护点来关断输出。4、过流保护模块OCP在譬如输出短路的情况下，通过检测输出电流来反馈控制输出管的状态，可以关断或者限流。如图的电流采样，利用晶体管的电流和面积成正比来采样，一般采样管Q2的面积会是输出管面积的千分之一，然后通过电压比较器来控制MOS管的驱动。还有一些其他辅助模块设计。恒流源和电流镜在IC内部，如何来设置每一个晶体管的工作状态，就是通过偏置电流，恒流源电路可以说是所有电路的基石，带隙基准也是因此产生的，然后通过电流镜来为每一个功能模块提供电流，电流镜就是通过晶体管的面积来设置需要的电流大小，类似镜像。总结以上大概就是一颗DC/DC电源芯片LM2675的内部全部结构，也算是把以前的皮毛知识复习了一下。当然，这只是原理上的基本架构，具体设计时还要考虑非常多的参数特性，需要作大量的分析和仿真，而且必须要对半导体工艺参数有很深的理解，因为制造工艺决定了晶体管的很多参数和性能，一不小心出来的芯片就有缺陷甚至根本没法应用。整个芯片设计也是一个比较复杂的系统工程，要求很好的理论知识和实践经验。最后，学而时习之，不亦说乎！

作者：李斌

原文链接：
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