TL431這顆三端可調(diào)基準(zhǔn)電源工程師手里基本都備著貨。平時拿它做2.5V基準(zhǔn)、配合光耦做開關(guān)電源反饋、當(dāng)比較器用都是常規(guī)操作。但一提到負(fù)壓電路很多人第一反應(yīng)是“用負(fù)壓LDO”或者“用運(yùn)放反相”根本沒想過TL431也能在負(fù)壓域里干活。我最初也是踩了兩次坑之后才反應(yīng)過來——TL431本質(zhì)上是一只“比較器驅(qū)動管”它壓根不在乎你的參考地在哪里只要陰極-陽極之間有足夠的電壓和電流它就能把R端電壓鉗到一個固定基準(zhǔn)上。這個特性放到負(fù)壓電路里能做的事情遠(yuǎn)比想象的要多。這篇文章我打算從三個實戰(zhàn)技巧展開高精度負(fù)基準(zhǔn)源、負(fù)壓線性穩(wěn)壓器、配合光耦做隔離反饋也就是開關(guān)電源輔助繞組里最常見的TL431光耦反饋拓?fù)洹Ｗ詈髥为毩牧墓膬?yōu)化畢竟負(fù)壓電路一般用在輔助電源、運(yùn)放供電、傳感器偏置這些場景功耗摳得越細(xì)待機(jī)表現(xiàn)越好看。適合電源工程師、硬件開發(fā)者和做低功耗設(shè)備的同學(xué)參考文章里給的電阻計算過程都是可以直接抄作業(yè)的。1. TL431在負(fù)壓域的底層邏輯為什么它不只是“正壓基準(zhǔn)”1.1 從內(nèi)部框圖看TL431的“參考地”無關(guān)性TL431內(nèi)部就三樣?xùn)|西一個2.495V的帶隙基準(zhǔn)、一個比較器、一個NPN型驅(qū)動管。外部只有三個引腳陰極、陽極、參考端R。比較器同相端接基準(zhǔn)反相端接R比較器輸出驅(qū)動NPN管基極NPN管集電極接到陰極、發(fā)射極接到陽極。正常工作時TL431會不斷調(diào)節(jié)陰極電流讓R端電壓穩(wěn)定在2.495V注意是相對陽極的2.495V。這個閉環(huán)關(guān)系才是TL431唯一的核心約束。大家習(xí)慣的正壓接法是陽極接地、陰極通過電阻接正電源然后R端分壓。這里“地”其實只是一個參考電位TL431真正比較的是R端對陽極的電位差。你把陽極接到-5V、陰極接到0V、R端用電阻分壓把-5V映射到-2.5V它照樣工作。換句話說TL431在負(fù)壓電路里不是“翻著用”而是你對參考電位的理解要從“地”換成“陽極”。想明白這一點所有負(fù)壓拓?fù)涠寄軓恼龎悍桨咐飳ΨQ推導(dǎo)出來。負(fù)壓應(yīng)用中還要注意一個硬性條件陰極-陽極之間的電壓VKA必須大于2.5VTL431的基準(zhǔn)才能建立起來。比如陽極接-3V、陰極最高也就到0V附近VKA只有3V雖然能工作但調(diào)整余量非常窄如果陽極接到-1VVKA不夠2.5V整個電路直接不啟動。所以負(fù)壓幅值低于2.5V的應(yīng)用基本告別TL431可以考慮TLV431Vref1.24V這個后面功耗部分會再展開。1.2 負(fù)壓基準(zhǔn)的計算公式和正壓是鏡像關(guān)系正壓標(biāo)準(zhǔn)公式大家很熟Vout Vref * (1 R1 / R2)。負(fù)壓用法其實是同一套公式的鏡像關(guān)鍵是分清兩個分壓電阻各自接在哪。我以負(fù)基準(zhǔn)源為例電路拓?fù)涫沁@樣TL431陽極接負(fù)輸出VN陰極經(jīng)電阻Rc接到GNDR端分壓網(wǎng)絡(luò)由R1和R2組成R1從GND接到R端R2從R端接到負(fù)輸出VN。因為R端被鉗位在陽極Vref陽極是負(fù)壓所以R端電位VR VN Vref。忽略參考端輸入電流Iref對R節(jié)點列KCL從GND經(jīng)R1流入R端的電流是 (0 - VR) / R1 Vref / R1 從R端經(jīng)R2流向VN的電流是 (VR - VN) / R2 Vref / R2兩股電流相等得到R1 R2再結(jié)合電壓關(guān)系VN -Vref * (1 R1 / R2)就是負(fù)壓輸出。這個推導(dǎo)看起來和正壓一樣但物理方向完全不同正壓方案里R端電位比GND高負(fù)壓方案里R端電位比GND低反饋方向是反的。如果你照搬正壓的PCB布局只把電阻順序換一下很容易搞錯我見過不下五次有人把R1和R2位置接反結(jié)果輸出直接掉到0V。2. 實戰(zhàn)技巧一用TL431直接搭高精度負(fù)基準(zhǔn)源2.1 為什么不去用“運(yùn)放反相正基準(zhǔn)”很多人做負(fù)基準(zhǔn)第一反應(yīng)是TL431做個2.5V基準(zhǔn)再用運(yùn)放反相成-2.5V。這個方案能工作但有一個隱藏問題運(yùn)放的Vos、輸入偏置電流和溫漂都會被直接串到輸出上。TL431自身溫漂大約是幾十ppm/℃量級運(yùn)放再疊加一下整個負(fù)基準(zhǔn)的精度就很難看了。而且運(yùn)放需要額外的供電軌、去耦電容在小板子上成本和面積都吃虧。直接用TL431在負(fù)壓域產(chǎn)生負(fù)基準(zhǔn)省掉運(yùn)放參考精度完全由TL431本身的2.495V基準(zhǔn)決定這是個很干凈的做法。它本質(zhì)上是并聯(lián)穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)TL431作為分流元件維持節(jié)點電壓外部負(fù)載可以通過一個緩沖器或者高阻網(wǎng)絡(luò)接到這個節(jié)點上。如果負(fù)載電流變動不大甚至可以直接用。2.2 電路搭建與電阻阻值計算以產(chǎn)生-5V負(fù)基準(zhǔn)為例完整參數(shù)如下陽極接輸出節(jié)點VN目標(biāo)VN -5.0VR1GND到R端 10kΩR2R端到VN 10kΩ代入公式 |VN| 2.495 * (1 10k / 10k) 4.99V基本滿足5V需求如果需要精確5.000V按比例關(guān)系 R1 / R2 5.000 / 2.495 - 1 1.004E96系列可取R110kΩ、R29.96kΩ或用R1100kΩ、R299.6kΩ陰極電阻Rc取值TL431數(shù)據(jù)手冊保證的最小陰極電流是1mA工程上建議留到2mA以上。Rc一端接GND一端接陰極VK大致在-2.5V到-1.5V區(qū)間所以Rc取1kΩ到2.2kΩ都能讓陰極電流落在1.5mA到2.5mA。我習(xí)慣先放1.5kΩ實測電流大約2mA功耗約6mW各方面都比較均衡。這里要特別提醒TL431陰極電流有上限100mA但作為基準(zhǔn)源不建議讓陰極承擔(dān)大電流。負(fù)基準(zhǔn)節(jié)點如果要給后級運(yùn)放供電、給ADC偏置供電正確的做法是后面接一個高輸入阻抗的緩沖器而不是直接從TL431節(jié)點拉電流。否則負(fù)載變化會直接反映到基準(zhǔn)電壓上雖然并聯(lián)穩(wěn)壓器有一定調(diào)整能力但調(diào)整范圍和瞬態(tài)響應(yīng)都有限。2.3 實測表現(xiàn)與細(xì)節(jié)調(diào)整我實際搭過一版-5V基準(zhǔn)TL431用的TI的TL431B檔Vref精度±0.5%?？蛰d實測輸出4.99V用6位半臺表看24小時漂移很小主要受環(huán)境溫度影響。紋波方面在VN和GND之間加了一個10μF的X7R陶瓷電容高頻噪聲明顯下降。但要注意低ESR陶瓷電容在某些TL431工作點上可能引發(fā)自激表現(xiàn)為輸出上疊加幾百kHz的振蕩。解決方法是電容串一個0.5Ω到1Ω的電阻或者直接換鉭電容。關(guān)于溫漂還有一個經(jīng)驗R1、R2分壓電阻的溫漂對輸出影響很大甚至超過TL431本身。分壓電阻用普通厚膜貼片溫漂可能到100ppm/℃甚至更高換用25ppm或更低的高精度薄膜電阻后整個基準(zhǔn)的溫漂表現(xiàn)能提升好幾倍。我后來做批量產(chǎn)品負(fù)基準(zhǔn)里的分壓電阻一律選0.1%精度、25ppm溫漂的型號成本增加不多但省了很多測試返工。3. 實戰(zhàn)技巧二TL431PMOS搭負(fù)壓線性穩(wěn)壓器3.1 為什么負(fù)壓LDO場景里PMOS是核心搭檔專用負(fù)壓LDO型號少、價格貴、貨源不穩(wěn)定很多項目直接把正壓LDO反接輸入輸出對調(diào)結(jié)果要么靜態(tài)電流異常要么啟動時序混亂。TL431配合一顆PMOS做負(fù)壓線性穩(wěn)壓器等效于一個低壓差負(fù)LDO調(diào)整管壓差可以做到幾百毫伏甚至更低。為什么選PMOS而不是PNPPMOS柵極是電壓驅(qū)動TL431陰極電流只需幾毫安就能驅(qū)動?xùn)艠O電壓而PNP三極管需要持續(xù)基極電流功耗更大。在負(fù)壓拓?fù)淅颬MOS的源極接負(fù)輸入、漏極接負(fù)輸出TL431通過驅(qū)動?xùn)艠O電位來調(diào)節(jié)PMOS的導(dǎo)通程度形成閉環(huán)。這個結(jié)構(gòu)在音頻設(shè)備負(fù)軌、傳感器偏置、輔助電源次級負(fù)壓等場景都很實用。PMOS選型有幾個硬指標(biāo)Vds耐壓要大于輸入負(fù)壓幅值加上裕量比如輸入-12V選30V耐壓的管子Vgs耐壓要大于最大Vgs擺幅這個電路里最壞情況Vgs接近12V所以要選±20V規(guī)格Rds(on)盡量低低壓差場景下Rds(on)直接決定滿載壓降。AO3401這類小信號PMOSVds-30V、Vgs±20V、Rds(on)約40mΩ用在20mA負(fù)載下壓降不到1mV非常合適。3.2 電路結(jié)構(gòu)與閉環(huán)工作過程電路結(jié)構(gòu)如下輸入Vin -12V輸出目標(biāo)Vout -5VPMOS源極S接Vin漏極D接Vout柵極電阻Rg從柵極G接到Vin作用是給PMOS一個初始導(dǎo)通偏置因為G和S等電位時Vgs0PMOS深度導(dǎo)通TL431陽極接GND陰極接到柵極GR端接分壓網(wǎng)絡(luò)分壓電阻R1從GND到R端R2從R端到VoutR1R210kΩ對應(yīng)輸出-5V工作過程是這樣的假設(shè)輸出偏負(fù)了也就是|Vout|偏大比如-5.3V分壓后R端電壓VR會超過2.5VTL431陰極電流增大把柵極G向上拉。柵極電位上升意味著Vgs VG - Vin VG 12V變大PMOS導(dǎo)通程度減弱輸出向0V方向回升也就是幅值減小回到-5V附近。反過來如果輸出幅值偏小TL431陰極電流減小Rg把柵極拉向VinPMOS導(dǎo)通加深輸出幅值增大。整個環(huán)路就是標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)反饋穩(wěn)壓。Rg阻值選擇很關(guān)鍵。Rg太小比如100ΩG到Vin的靜態(tài)電流可能到幾十毫安白白燒功率Rg太大比如100kΩTL431陰極電流可能不足1mA基準(zhǔn)精度和環(huán)路增益都受影響。我實測下來Rg取1kΩ到4.7kΩ比較合適陰極電流能穩(wěn)定在2mA左右Rg上的功耗也只有幾毫瓦。如果追求更低靜態(tài)功耗可以把TL431換成TLV431Rg可以放大到10kΩ級別這個后面功耗優(yōu)化章節(jié)細(xì)說。TL431陰極直接接?xùn)艠O等效于集電極開路驅(qū)動?xùn)艠O是純?nèi)菪载?fù)載環(huán)路穩(wěn)定性需要注意。我習(xí)慣在陰極和R端之間并聯(lián)一個RC串聯(lián)支路典型值是100Ω加100nF能把高頻自激壓住。輸出電容Cout用1μF到10μF陶瓷電容建議再串一個0.5Ω電阻降低低ESR帶來的相位問題。3.3 實測負(fù)載調(diào)整率與壓差表現(xiàn)用AO3401搭的-12V轉(zhuǎn)-5V電路空載輸出-5.02V負(fù)載10mA時-5.03V負(fù)載20mA時-5.05V負(fù)載調(diào)整率大約0.6%對多數(shù)模擬電路夠用。壓差方面滿載20mA時輸入輸出壓差約0.3V因為Rds(on)只有40mΩ實際限制壓差的是輸入電壓紋波和TL431最小工作電壓。這里有個值得注意的點空載時PMOS幾乎完全關(guān)斷但分壓網(wǎng)絡(luò)從GND到Vout之間仍然有電流。R1R210kΩ時分壓電流約5V/20kΩ0.25mA功耗約1.25mWRg的靜態(tài)電流約2mA功耗約12mW按G到Vin壓差6V算。所以空載總功耗大約13mW。這個數(shù)值不算離譜但在電池供電設(shè)備里需要優(yōu)化方法就是把分壓電阻整體放大、換低功耗基準(zhǔn)、提高Rg阻值。另外要提醒輸出過壓風(fēng)險如果TL431損壞開路Rg會把柵極拉到VinPMOS完全導(dǎo)通輸出直接變成-12V可能損傷后級電路。穩(wěn)妥的做法是在輸出端并聯(lián)一個穩(wěn)壓管或TVS鉗位在-6V左右或者在G和GND之間加一個10kΩ電阻確保TL431失控時柵極能被拉向GND關(guān)斷PMOS。我后來量產(chǎn)的設(shè)計里都會加這個保護(hù)電阻成本幾分錢但能避免很多售后問題。4. 實戰(zhàn)技巧三TL431光耦在輔助電源負(fù)壓反饋里的接線方式4.1 為什么輔助繞組負(fù)壓反饋不能直接照搬正壓很多通信電源、ATX電源里輔助繞組會同時出5VSB和-12V或者給運(yùn)放供電的正負(fù)雙路。正壓一路的TL431光耦反饋大家都很熟TL431陽極接地陰極接光耦LED負(fù)極LED正極通過限流電阻接輔助正電壓R端分壓采樣正壓。負(fù)壓一路如果要隔離反饋很多人直接鏡像結(jié)果發(fā)現(xiàn)TL431參考端被拉到負(fù)電位完全沒法工作或者光耦LED電流方向反了反饋直接失效。核心原因有三個。第一TL431的參考端R是以陽極為基準(zhǔn)的負(fù)壓輸出如果直接接到R端R端電位會低于陽極TL431內(nèi)部比較器直接飽和。第二光耦LED的電流方向決定了它的正極必須接一個相對較高的電位負(fù)壓域里這個“高位”通常是GND或另外一路正壓。第三負(fù)壓的采樣分壓電阻網(wǎng)絡(luò)必須以“負(fù)輸出到GND”的幅值為對象不能簡單把正壓方案的上下電阻對調(diào)。4.2 實際電路R端分壓采樣負(fù)壓幅值光耦反饋回原邊一個可以穩(wěn)定工作的負(fù)壓光耦反饋拓?fù)淙缦乱暂o助繞組輸出-12V為例TL431陽極接副邊GNDTL431陰極接光耦LED負(fù)極光耦LED正極經(jīng)限流電阻R_LED接到副邊輔助正電源比如5V或12VTL431的R端分壓網(wǎng)絡(luò)R_top從GND接到R端R_bottom從R端接到負(fù)輸出Vout光耦三極管側(cè)接原邊PWM控制器的FB或COMP端原邊地獨立當(dāng)|Vout|12V時分壓關(guān)系滿足 VR |Vout| * R_top / (R_top R_bottom) 2.5VTL431工作在平衡點。設(shè)計時先定R_bottom再算R_top。按 R_top / R_bottom 2.5 / (|Vout| - 2.5) 計算對于-12V輸出比例是2.5 / 9.5 0.26316。取R_bottom100kΩR_top26.1kΩE96標(biāo)準(zhǔn)值輸出約12.0V取R_bottom47kΩ、R_top12kΩ輸出約12.29V誤差2.4%。如果要求嚴(yán)格用R_top12.4kΩ可以拉回12.01V。分壓電阻的阻值范圍建議落在10kΩ到1MΩ之間。低于10kΩ靜態(tài)功耗偏大高于1MΩTL431參考端輸入電流典型2μA會造成可觀的偏移比如1MΩ電阻上2μA就是2V完全沒法忽略。我在低功耗設(shè)計里習(xí)慣用100kΩ級別參考端2μA電流在100kΩ上只產(chǎn)生0.2V誤差可以通過計算補(bǔ)償?shù)艉竺婀恼鹿?jié)再細(xì)算。4.3 光耦LED限流電阻與CTR的老化余量光耦LED電流的設(shè)置直接影響反饋環(huán)路增益。LED正極接5V輔助源時限流電阻R_LED的取值要考慮LED正向壓降約1.2V和TL431陰極電壓。TL431陽極接地陰極電壓大致在1.5V到3V之間線性變化所以R_LED上的壓降大約是5V - 1.2V - 2V 1.8V。如果想讓LED電流在3mA左右R_LED取600Ω到1kΩ實際常用1kΩ起步實測電流約1.8mA仍在PC817的線性區(qū)。光耦CTR老化是很多電源用幾年后出問題的根源。PC817在高溫下連續(xù)工作CTR會緩慢下降可能降到初始值的一半甚至更低。所以設(shè)計反饋環(huán)路時LED電流不能卡著數(shù)據(jù)手冊下限要留足余量。推薦選PC817B檔CTR標(biāo)稱130%到260%反饋電流余量足夠。如果負(fù)壓精度要求高可以把LED電流設(shè)計到5mA左右CTR老化后的衰減也能兜住。這里順便回應(yīng)一下很多人搜的“ATX電源輔助繞組反饋電路中TL431的上下分壓電阻阻值大概是多少”正壓5V輔助繞組經(jīng)典取值是上電阻10kΩ輸出端到R端、下電阻10kΩR端到GND輸出約4.99V靜態(tài)電流0.25mA如果是負(fù)壓-12V繞組按上面的公式R_topGND到R端約26.1kΩ、R_bottomR端到負(fù)輸出約100kΩ靜態(tài)電流約95μA分壓功耗約1.2mW。如果板子對功耗不敏感可以把阻值整體縮小到10kΩ級別環(huán)路穩(wěn)定性更好但功耗會多10倍取舍看項目需求。4.4 多路反饋的避坑正負(fù)壓別搶環(huán)路如果輔助電源同時有5V和-12V都要穩(wěn)壓就涉及反饋疊加問題。兩個TL431都驅(qū)動同一個光耦LED屬于“或”邏輯誰要求降低輸出電壓誰生效。正壓TL431工作在正常區(qū)負(fù)壓TL431一旦檢測到負(fù)壓幅值偏大也會把LED電流拉大形成競爭。處理方式是讓負(fù)壓支路的反饋靈敏度略低一些或者在負(fù)壓支路串一個二極管做優(yōu)先級隔離避免兩路在邊界處反復(fù)搶反饋導(dǎo)致輸出低頻抖動。這個我實際調(diào)試時遇到過現(xiàn)象是-12V在空載和輕載切換時輸出會有幾百Hz的振蕩后來在負(fù)壓TL431的陰極與光耦陰極之間串了一個1N4148問題就消失了。5. 功耗優(yōu)化從毫安級摳到微安級的三板斧5.1 先搞清TL431的最低工作電流TL431這種并聯(lián)型基準(zhǔn)陰極電流必須大于一定值基準(zhǔn)才能保證精度。數(shù)據(jù)手冊通常寫IKA范圍1mA到100mA1mA以下不是說不能工作而是Vref精度、動態(tài)阻抗沒保證。低功耗設(shè)計里很多人把陰極電流壓到0.5mA甚至0.3mA室溫下能穩(wěn)住2.49V溫度一變化就漂出規(guī)格這種設(shè)計不能用于量產(chǎn)。如果功耗是硬指標(biāo)直接換低功耗并聯(lián)基準(zhǔn)更省事。TLV431/TLVH431的Vref是1.24V最小陰極電流約50μA到80μA比TL431低一個數(shù)量級NCP431、AZ431也有低電流版本。注意老型號TLV431的VKA最高只能到6V負(fù)壓幅值超過6V的場景要選TLVH431它的VKA可以到18V。也就是說-12V這種應(yīng)用TLV431極限狀態(tài)有點緊張TLVH431更合適-5V以內(nèi)用TLV431沒問題。選型對比可以看這個表器件Vref最小陰極電流VKA上限適用場景TL4312.495V1mA保證精度36V通用、反饋、較高電壓TLV4311.24V50μA6V低壓負(fù)基準(zhǔn)、低功耗TLVH4311.24V80μA18V中壓負(fù)基準(zhǔn)、低功耗5.2 陰極電阻和分壓電阻的功耗平衡負(fù)壓拓?fù)淅锟蛰d功耗主要來自三部分分壓網(wǎng)絡(luò)電流、TL431陰極電流、調(diào)整管驅(qū)動電阻電流。以-5V負(fù)基準(zhǔn)源為例分壓網(wǎng)絡(luò)用R1R210kΩ時電流約0.25mA功耗約1.25mW陰極電阻Rc1kΩ時陰極電流約2mA功耗約8mW。如果一塊板子上有6路這樣的負(fù)壓每路10mW就是60mW待機(jī)功耗很容易超標(biāo)。優(yōu)化第一步是放大分壓電阻。R1R2都改成100kΩ分壓電流降到25μA功耗降到0.125mW但要注意參考端Iref的影響TL431的Iref典型2μA、最大4μA在100kΩ級別電阻上會產(chǎn)生0.2V到0.4V的偏移會直接反映到輸出精度上。所以放大電阻后要么在計算時把Iref補(bǔ)償進(jìn)去要么改用參考端電流更小的TLV431它的Iref典型只有0.1μA左右?guī)缀蹩梢院雎浴５诙绞菈旱完帢O電流。TL431最低保證1mA這個很難突破TLV431可以做到50μA到100μA。同樣-5V基準(zhǔn)陰極電阻從1kΩ換成10kΩ到20kΩ陰極電流能控制在100μA級別功耗從8mW降到0.5mW以下。這一步優(yōu)化效果最明顯代價是動態(tài)響應(yīng)變慢對純基準(zhǔn)應(yīng)用足夠?qū)討B(tài)負(fù)載場景要重新評估。5.3 動態(tài)功耗待機(jī)與重載分時優(yōu)化有些設(shè)備待機(jī)時要求功耗極低工作時才需要完整功能。這時可以給負(fù)壓電路加一個使能開關(guān)用一個N溝道MOS管把TL431陰極電阻或分壓網(wǎng)絡(luò)的下端從GND斷開。待機(jī)時負(fù)壓基準(zhǔn)完全不工作只有調(diào)整管的亞閾值漏電流基本可以忽略。注意使能開關(guān)要控制整個反饋環(huán)路的電流路徑只斷開分壓電阻不切斷陰極依然會有漏電路徑。輕載時讓PWM控制器進(jìn)入跳周期模式也是常用的降功耗手段。負(fù)壓光耦反饋回路里如果原邊控制器支持跳過周期反饋信號在輕載時會自動拉低占空比負(fù)壓輸出靠輸出電容維持。設(shè)計時要保證光耦LED電流在跳周期工作點附近不要忽大忽小否則會出現(xiàn)可聞噪聲或輸出紋波增大。還有一類功耗優(yōu)化是調(diào)整管本身的損耗。負(fù)壓線性穩(wěn)壓器從-12V降到-5V負(fù)載20mA時PMOS上壓降7V功耗140mW這是主導(dǎo)功耗。這種情況下不管怎么優(yōu)化TL431的靜態(tài)電流線性穩(wěn)壓的效率天花板就在那里。最有效的辦法是降低輸入負(fù)壓的幅度比如先用開關(guān)電源產(chǎn)生-7V再用這個負(fù)壓LDO穩(wěn)到-5V壓差降到2V功耗降到40mW。或者直接用負(fù)壓Buck-Boost方案但成本和EMI會上升看項目取舍。我自己復(fù)盤過很多“功耗超標(biāo)”的案子發(fā)現(xiàn)大部分問題不是出在方案選型上而是分壓電阻人為取值太小。比如有人習(xí)慣性用4.7kΩ做分壓理由是“穩(wěn)”結(jié)果-12V路上白白燒了十幾mW六路加起來輕松超過50mW待機(jī)指標(biāo)直接不合格。先把各路負(fù)壓的靜態(tài)電流列成一張表看每路電流花在哪再決定要不要動電阻這個習(xí)慣能幫你少走很多彎路。6. 負(fù)壓TL431應(yīng)用的常見坑與排查順序6.1 上電不工作、輸出掉到0V負(fù)壓TL431電路最常見的故障是上電后輸出直接掉到0V或者維持在很淺的負(fù)壓。先查陰極-陽極壓差VKA是否大于2.5V這是TL431啟動的硬條件。負(fù)壓幅值如果接近2.5V整個電路的調(diào)整范圍非常窄稍微有點噪聲就鎖不住表現(xiàn)就是輸出飄忽不定。這種情況要么提高負(fù)壓幅值要么換Vref更低的TLV431。第二個要查的是分壓電阻方向。負(fù)壓拓?fù)淅颮1從GND接到R端R2從R端接到負(fù)輸出這兩個位置一旦對調(diào)反饋極性就反了變成正反饋輸出直接奔著0V去。用萬用表量R端對陽極的電壓如果沒有穩(wěn)定在2.495V附近大概率是分壓方向接錯。我自己的排查習(xí)慣是斷開整個環(huán)路只給TL431供電先確認(rèn)R端電壓能鉗到2.5V再接入分壓網(wǎng)絡(luò)最后接調(diào)整管分步定位問題。6.2 輸出振蕩或紋波毛刺大TL431在負(fù)壓拓?fù)淅镒约け日龎弘娐犯菀壮霈F(xiàn)原因是負(fù)壓域里參考端到GND的阻抗普遍偏高寄生電容和分壓電阻形成了一個額外極點。癥狀是輸出疊加幾十kHz到幾百kHz的正弦振蕩或者紋波波形上出現(xiàn)明顯的尖峰毛刺。低頻自激的解決辦法是在R端和陰極之間并一個RC串聯(lián)支路典型值是100Ω到1kΩ電阻串100nF到1μF電容。這個補(bǔ)償支路在反饋環(huán)路里加了一個零點抵消分壓電阻和寄生電容帶來的極點。高頻毛刺多半是輸出電容ESR太低導(dǎo)致的陶瓷電容ESR只有幾毫歐在環(huán)路帶寬附近可能引發(fā)諧振解決方法是輸出電容串0.5Ω到1Ω電阻或者并用一顆鉭電容。示波器的判讀也有技巧。低頻自激幾十kHz波形一般是光滑的正弦或三角波相位裕度不夠高頻尖刺幾百kHz到MHz通常是環(huán)路帶寬和輸出電容諧振兩者的對策完全不同別搞混。6.3 精度不夠、輸出電壓隨溫度漂輸出精度不達(dá)標(biāo)先別懷疑TL431本身。TL431的Vref精度和溫漂是固定的普通檔位溫漂大約幾十ppm/℃B檔精度±0.5%。更大的誤差通常來自分壓電阻普通厚膜電阻溫漂可能到100ppm/℃甚至更高兩顆電阻的溫漂方向不一致輸出就會跟著溫度明顯漂移。把分壓電阻換成0.1%精度、25ppm溫漂的薄膜電阻輸出穩(wěn)定性會有質(zhì)的提升。如果分壓電阻阻值超過1MΩTL431參考端輸入電流造成的偏移就不能忽略了。Iref典型2μA在1MΩ電阻上產(chǎn)生2V壓降這個誤差遠(yuǎn)大于Vref精度。要么把阻值降到100kΩ級別要么用TLV431這種Iref很小的器件。計算時把Iref考慮進(jìn)去實際的R端電壓會比理論值偏一個Iref乘以等效并聯(lián)阻抗設(shè)計時可以預(yù)先補(bǔ)償。6.4 常見問題排查速查表故障現(xiàn)象可能原因優(yōu)先排查項輸出0V或極淺負(fù)壓VKA不足2.5V量TL431陽極到陰極壓差輸出0V或極淺負(fù)壓分壓電阻方向接反查R_top/R_bottom位置輸出振蕩幾十kHz環(huán)路相位裕度不足R端加RC補(bǔ)償紋波高頻毛刺輸出電容ESR過低串0.5Ω~1Ω電阻輸出隨溫度漂移分壓電阻溫漂大換25ppm精密電阻輸出偏壓固定偏差參考端Iref影響降阻值或補(bǔ)償計算負(fù)載變化時抖動光耦CTR余量不足LED電流加大或換B檔待機(jī)功耗超標(biāo)分壓電阻取值太小放大阻值、換TLV431最后說點個人體會。TL431在負(fù)壓電路里工作這件事本身不難難的是從“基準(zhǔn)器件”的思維慣性里跳出來——把它當(dāng)成一個有基準(zhǔn)的比較器加驅(qū)動級來用整個負(fù)壓設(shè)計就會變得非常順手。我自己現(xiàn)在做小板子時遇到負(fù)壓需求會優(yōu)先看TL431/TLV431能不能搞定而不是一上來就找負(fù)壓LDO功耗優(yōu)化方面也養(yǎng)成了先把靜態(tài)電流列表再動烙鐵的習(xí)慣。這個思路如果對你有幫助建議搭一個-5V基準(zhǔn)和-12V轉(zhuǎn)-5V的穩(wěn)壓器各花半小時實測一輪負(fù)載調(diào)整率和功耗比看十遍文章都管用。