四種TL431常用電路的設計技巧

TL431 是一款常用的可調式精密參考電壓源／可編程齊納二極體（Programmable Shunt Regulator），被廣泛應用於電源設計中。它的主要功能是擔任精密參考電壓源，內部提供2.495V（典型值）的參考電壓，具有高穩定性與低溫度漂移特性，也可做為可調式齊納二極體，可透過外部電阻分壓設定輸出電壓，可調整範圍約為2.5V～36V。TL431具有負載吸收型（Shunt）結構，類似於齊納二極體的工作方式，可吸收多餘電流，將輸出電壓穩定在設定值，並具備開關特性，可以做為比較器或簡單控制開關使用。

TL431常見應用場景包括擔任開關電源中的精密電壓參考，可在反饋控制路徑中與光耦合器配合使用，調節輸出電壓（如AC-DC、DC-DC模組），也可做為線性穩壓電源的基準參考，提供穩定參考電壓給線性穩壓器或比較器。在過電壓／欠電壓保護電路中，可與電阻分壓器與電晶體搭配，用於監控電壓超過或低於門檻時啟動保護。TL431也可在簡易比較器中應用，則可當成低成本的比較器使用，對輸入電壓與參考電壓進行比較。TL431也可在電池充電電路中進行電壓檢測，檢測充電電壓是否達標，控制充電過程開關。

TL431的簡化原理圖

TL431具有精度高、穩定性好（±0.5%或±1%精度等版本），成本低廉、易於取得，並具有可調電壓，彈性高的特性，其應用電路簡單，可直接替代齊納二極體的優點。

為了讓您更了解TL431的應用，以下將為您介紹三個TL431的最常用電路，以及一個使用獨立元件搭建的實際功能電路。

利用TL431設計一個2.5V電壓基準電路

當你想要利用TL431設計一個2.5V電壓基準電路時，其實是使用它的內建精密參考電壓（典型值為2.495V），來輸出穩定的2.5V電壓。這是TL431最基本且最常見的應用之一。由於TL431有±0.5%的高準確度的高精度優點，且溫度穩定性佳，適合用作ADC/DAC或比較器的基準，並且其成本低，元件取得容易。

TL431的三個接腳包括Ref（Reference），內部與2.495V基準相連，Cathode（K）則接至輸出端（相當於正端），Anode（A）則為接地（GND），當Ref與Cathode短接，TL431就會輸出其內建的參考電壓≒2.5V。如果未將Ref接到Cathode，而是透過電阻分壓，就可以將TL431調整為更高的輸出電壓（例如3.3V、5V等）。但在要得到2.5V參考輸出時，直接短接Ref與Cathode是最簡單與穩定的做法。

2.5V電壓基準電路範例

首先，介紹的第一個電路，也是最常用的2.5V電壓基準電路，直接將TL431的Ref和陰極連接，做為2.5V的電壓基準源使用。在使用過程中，只需要根據實際的輸入電壓和灌電流，計算R1的電阻值，保證灌電流在1mA至100mA，且電源電壓小於36V。

利用TL431設計一個5V電壓基準電路

若要利用TL431設計一個5V電壓基準電路，就不能像2.5V那樣直接短接Ref和Cathode，而是需要利用外部電阻分壓器來設定輸出電壓。TL431可以看作是一個可調式齊納二極體，輸出電壓範圍大約是2.5V～36V。

5V電壓基準電路範例

若輸出電流要更大，只靠TL431不太滿足需求，畢竟它的最大灌電流只有100mA，此時可以使用上圖的5V電壓基準電路，TL431便可以滿足需求。TL431的輸出是一個達林頓電晶體結構，當在它的輸出級併一個大功率三極體Q11，就可以提高輸出電流，這個電路的輸出電壓是可調節的，透過改變R15和R16的值，輸出就會改變。使用這個電路需要注意的是三極體的選擇、功率消耗及散熱，同時在設計電路計算時，R14應向TL431提供≥1mA的陰極電流，還要滿足三極體輸出最大電流時，所需要的電流IB。

使用這種電路具有精度高的優點，輸出穩定、低溫度漂移，且可調性高，只需更換R1/R2即可調整電壓，且應用廣泛，可做為ADC/DAC參考、過電壓比較器、穩壓模組參考源。

利用TL431設計延時啟動電路

利用TL431設計延時啟動電路（Delay Startup Circuit），是許多電源系統中常見的應用，尤其在需要電壓穩定後才啟動某負載或控制訊號的情境中，例如緩啟動風扇／電源、開關電源防突波控制、MCU或邏輯電路延遲啟動。

這種電路的TL431 Reference接腳會控制其導通狀態，當REF接腳電壓達到2.5V時，TL431開始導通，讓Cathode接腳電壓下降，從而控制後級電路。我們可以透過一個RC延時電路（電阻 + 電容）慢慢將REF接腳拉高，當REF超過2.5V後，TL431才啟動，實現延遲作用。

這種應用的特點包括可調延遲時間，可透過改變R2或C值實現不同延時，且應用彈性高，可用於控制MOSFET、光耦、邏輯電路等，並具備精準導通門檻，利用TL431的2.5V精密特性，不受供應電壓變動影響，且可配合後級驅動，若接MOSFET，可控制高功率負載開關延遲。

在擴充性上，可以選擇接光耦控制，若做為隔離控制訊號的觸發點，TL431輸出可連接光耦，也可接NPN/MOSFET開關，透過TL431控制電晶體/MOSFET的導通時機。

TL431延時啟動電路範例

以上圖為例，TL431則是做為比較器來用，雖然比較器一般有五個接腳，包括電源、接地、輸入正負，以及輸出，TL431則只有三個接腳，在此電路中，當SW1閉合時，TL431的Ref接腳被拉到GND，TL431關閉，LED1不發光，當斷開SW1時，電容C5透過電阻RP2充電，當電容量兩端電壓大於2.495V時，TL431工作、KA導通、LED1發光，經過電路模擬，其延時啟動時間大約是153ms，透過調節R的阻值或者電容的容量，就可以實現改變延時時間，實現供電延時啟動。在真實應用時，可以將LED的位置換成光耦，這樣就可以在光耦的二次側去控制繼電器，或者其他執行裝置了。

利用TL431搭配使用獨立元件搭建符合自己需求的電壓源

TL431是一顆內建2.495V參考電壓的可調式齊納二極體，但它無法直接輸出低於2.5V的基準電壓，因為內部的參考電壓就是2.5V。但你仍然可以透過一些輔助電路與獨立元件，繞過這個限制，打造出你自己想要的低於2.5V的電壓源。

第一種方法是採用TL431 + 電阻分壓法（簡易但輸出阻抗高），利用TL431輸出穩定的2.5V，然後用電阻分壓輸出較低電壓，如1.8V、1.5V、1.2V等。這種方式簡單，但輸出阻抗高、負載能力差，適合提供給高阻抗輸入（如ADC、比較器參考端）。

第二種方法是TL431 + Buffer（緩衝器）來提升驅動能力，先用TL431 + 分壓產生低電壓，再用運算放大器（OP Amp）緩衝輸出，避免輸出電壓因負載改變而變動。運算放大器請選擇低輸出漂移、低輸入偏壓、高PSRR的型號，如LM358、TI OPA2333等。這種方法可輸出1.8V、1.2V等高穩定電壓參考源，適合提供給ADC、DAC、比較器等。

第三種方法則是將TL431做為比較器控制低壓穩壓電路，這種方式稍進階，利用TL431控制NPN或PNP電晶體，實現可調低壓輸出，其基本電路概念是使用TL431檢測一組分壓電壓是否達標（仍以2.5V為準），控制三極體或MOSFET的導通，調整輸出電壓，可設計出1.2V、1.5V等輸出電壓（原理類似LDO），但這種方法需要多個元件（如精密電阻、BJT或MOSFET），需要謹慎設計才能穩定工作。

使用獨立元件搭建的實際功能電路圖範例

由於TL431只能輸出Vref（2.5V）至36V之間的電壓，因此不能輸出小於2.5V的基準電壓，但可以使用獨立元件去搭建符合自己需求的電壓源，因為TL431是積體電路，裡面的電晶體的面積與電阻的參數在製造時可以控制，使用獨立元件去搭建時，則是沒辦法去控制的。上圖的原理圖中的一些電阻也不是標準電阻，所以我們修改了一些電路參數，透過調節RP1的數值，便可以改變電路的輸出值。

若你需要大量使用低於2.5V的穩壓參考，以下替代方案也可考慮，包括採用專用低壓參考IC，如LM4040AIZ-1.2（1.2V）、ADI ADR130（1.25V），或是使用DAC輸出參考電壓（如果你用MCU控制），也可使用數位電位器搭配參考源來調整分壓比例。

結語

TL431做為一顆高性價比且靈活多變的可調式參考元件，在實務應用中可衍生出多種實用電路設計，包括固定的2.5V基準電壓、可調的5V穩壓輸出、具延遲功能的啟動控制，以及搭配外部元件建構出小於2.5V的自定義電壓源。透過巧妙運用其參考電壓控制特性與外部電路配合，設計者能依不同應用需求實現高穩定性、低成本且彈性十足的電壓管理方案。熟悉這些典型電路的原理與關鍵設計技巧，將有助於在電源設計中發揮TL431的最大效益。

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