四种TL431常用电路的设计技巧

TL431 是一款常用的可调式精密参考电压源／可编程齐纳二极管（Programmable Shunt Regulator），被广泛应用于电源设计中。它的主要功能是担任精密参考电压源，内部提供2.495V（典型值）的参考电压，具有高稳定性与低温漂特性，也可作为可调式齐纳二极管，可通过外部电阻分压设定输出电压，可调整范围约为2.5V～36V。TL431具有负载吸收型（Shunt）结构，类似于齐纳二极管的工作方式，可吸收多余电流，将输出电压稳定在设定值，并具备开关特性，可以作为比较器或简单控制开关使用。

TL431常见应用场景包括担任开关电源中的精密电压参考，可在反馈控制路径中与光耦合器配合使用，调节输出电压（如AC-DC、DC-DC模块），也可作为线性稳压电源的基准参考，提供稳定参考电压给线性稳压器或比较器。在过压／欠压保护电路中，可与电阻分压器与晶体管搭配，用于监控电压超过或低于门坎时启动保护。TL431也可在简易比较器中应用，则可当成低成本的比较器使用，对输入电压与参考电压进行比较。TL431也可在电池充电电路中进行电压检测，检测充电电压是否达标，控制充电过程开关。

TL431的简化原理图

TL431具有精度高、稳定性好（±0.5%或±1%精度等版本），成本低廉、易于取得，并具有可调电压，弹性高的特性，其应用电路简单，可直接替代齐纳二极管的优点。

为了让您更了解TL431的应用，以下将为您介绍三个TL431的最常用电路，以及一个使用独立元器件搭建的实际功能电路。

利用TL431设计一个2.5V电压基准电路

当你想要利用TL431设计一个2.5V电压基准电路时，其实是使用它的内建精密参考电压（典型值为2.495V），来输出稳定的2.5V电压。这是TL431最基本且最常见的应用之一。由于TL431有±0.5%的高准确度的高精度优点，且温度稳定性佳，适合用作ADC/DAC或比较器的基准，并且其成本低，元器件取得容易。

TL431的三个引脚包括Ref（Reference），内部与2.495V基准相连，Cathode（K）则接至输出端（相当于正端），Anode（A）则为接地（GND），当Ref与Cathode短接，TL431就会输出其内建的参考电压≒2.5V。如果未将Ref接到Cathode，而是通过电阻分压，就可以将TL431调整为更高的输出电压（例如3.3V、5V等）。但在要得到2.5V参考输出时，直接短接Ref与Cathode是最简单与稳定的做法。

2.5V电压基准电路示例

首先，介绍的第一个电路，也是最常用的2.5V电压基准电路，直接将TL431的Ref和阴极连接，作为2.5V的电压基准源使用。在使用过程中，只需要根据实际的输入电压和灌电流，计算R1的电阻值，保证灌电流在1mA至100mA，且电源电压小于36V。

利用TL431设计一个5V电压基准电路

若要利用TL431设计一个5V电压基准电路，就不能像2.5V那样直接短接Ref和Cathode，而是需要利用外部电阻分压器来设定输出电压。TL431可以看作是一个可调式齐纳二极管，输出电压范围大约是2.5V～36V。

5V电压基准电路示例

若输出电流要更大，只靠TL431不太满足需求，毕竟它的最大灌电流只有100mA，此时可以使用上图的5V电压基准电路，TL431便可以满足需求。TL431的输出是一个达林顿晶体管结构，当在它的输出级并一个大功率三极管Q11，就可以提高输出电流，这个电路的输出电压是可调节的，通过改变R15和R16的值，输出就会改变。使用这个电路需要注意的是三极管的选择、功耗及散热，同时在设计电路计算时，R14应向TL431提供≥1mA的阴极电流，还要满足三极管输出最大电流时，所需要的电流IB。

使用这种电路具有精度高的优点，输出稳定、低温漂，且可调性高，只需更换R1/R2即可调整电压，且应用广泛，可作为ADC/DAC参考、过压比较器、稳压模块参考源。

利用TL431设计延时启动电路

利用TL431设计延时启动电路（Delay Startup Circuit），是许多电源系统中常见的应用，尤其在需要电压稳定后才启动某负载或控制信号的情境中，例如缓启动风扇／电源、开关电源防浪涌控制、MCU或逻辑电路延迟启动。

这种电路的TL431 Reference引脚会控制其导通状态，当REF引脚电压达到2.5V时，TL431开始导通，让Cathode引脚电压下降，从而控制后级电路。我们可以通过一个RC延时电路（电阻 + 电容）慢慢将REF引脚拉高，当REF超过2.5V后，TL431才启动，实现延迟作用。

这种应用的特点包括可调延迟时间，可通过改变R2或C值实现不同延时，且应用弹性高，可用于控制MOSFET、光耦、逻辑电路等，并具备精准导通门坎，利用TL431的2.5V精密特性，不受供应电压变动影响，且可配合后级驱动，若接MOSFET，可控制高功率负载开关延迟。

在扩充性上，可以选择接光耦控制，若作为隔离控制信号的触发点，TL431输出可连接光耦，也可接NPN/MOSFET开关，通过TL431控制晶体管/MOSFET的导通时机。

TL431延时启动电路示例

以上图为例，TL431则是作为比较器来用，虽然比较器一般有五个引脚，包括电源、接地、输入正负，以及输出，TL431则只有三个引脚，在此电路中，当SW1闭合时，TL431的Ref引脚被拉到GND，TL431关闭，LED1不发光，当断开SW1时，电容C5通过电阻RP2充电，当电容量两端电压大于2.495V时，TL431工作、KA导通、LED1发光，经过电路模拟，其延时启动时间大约是153ms，通过调节R的阻值或者电容的容量，就可以实现改变延时时间，实现供电延时启动。在真实应用时，可以将LED的位置换成光耦，这样就可以在光耦的二次侧去控制继电器，或者其他执行装置了。

利用TL431搭配使用独立元器件搭建符合自己需求的电压源

TL431是一颗内建2.495V参考电压的可调式齐纳二极管，但它无法直接输出低于2.5V的基准电压，因为内部的参考电压就是2.5V。但你仍然可以通过一些辅助电路与独立元器件，绕过这个限制，打造出你自己想要的低于2.5V的电压源。

第一种方法是采用TL431 + 电阻分压法（简易但输出阻抗高），利用TL431输出稳定的2.5V，然后用电阻分压输出较低电压，如1.8V、1.5V、1.2V等。这种方式简单，但输出阻抗高、负载能力差，适合提供给高阻抗输入（如ADC、比较器参考端）。

第二种方法是TL431 + Buffer（缓冲器）来提升驱动能力，先用TL431 + 分压产生低电压，再用运算放大器（OP Amp）缓冲输出，避免输出电压因负载改变而变动。运算放大器请选择低输出漂移、低输入偏压、高PSRR的型号，如LM358、TI OPA2333等。这种方法可输出1.8V、1.2V等高稳定电压参考源，适合提供给ADC、DAC、比较器等。

第三种方法则是将TL431作为比较器控制低压稳压电路，这种方式稍进阶，利用TL431控制NPN或PNP晶体管，实现可调低压输出，其基本电路概念是使用TL431检测一组分压电压是否达标（仍以2.5V为准），控制三极管或MOSFET的导通，调整输出电压，可设计出1.2V、1.5V等输出电压（原理类似LDO），但这种方法需要多个元器件（如精密电阻、BJT或MOSFET），需要谨慎设计才能稳定工作。

使用独立元器件搭建的实际功能电路图示例

由于TL431只能输出Vref（2.5V）至36V之间的电压，因此不能输出小于2.5V的基准电压，但可以使用独立元器件去搭建符合自己需求的电压源，因为TL431是集成电路，里面的晶体管的面积与电阻的参数在制造时可以控制，使用独立元器件去搭建时，则是没办法去控制的。上图的原理图中的一些电阻也不是标准电阻，所以我们修改了一些电路参数，通过调节RP1的数值，便可以改变电路的输出值。

若你需要大量使用低于2.5V的稳压参考，以下替代方案也可考虑，包括采用专用低压参考IC，如LM4040AIZ-1.2（1.2V）、ADI ADR130（1.25V），或是使用DAC输出参考电压（如果你用MCU控制），也可使用数字电位器搭配参考源来调整分压比例。

结语

TL431作为一颗高性价比且灵活多变的可调式参考元器件，在实务应用中可衍生出多种实用电路设计，包括固定的2.5V基准电压、可调的5V稳压输出、具延迟功能的启动控制，以及搭配外部元器件构建出小于2.5V的自定义电压源。通过巧妙运用其参考电压控制特性与外部电路配合，设计者能依不同应用需求实现高稳定性、低成本且弹性十足的电压管理方案。熟悉这些典型电路的原理与关键设计技巧，将有助于在电源设计中发挥TL431的最大效益。

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