充电电路中的基于TL431的恒流恒压充电电路

图1所示的电路是一个客户的电子产品，这个基于TL431的电路非常简单，可以实现恒压恒流的功能，从而给电池充电，并具有充电状态的显示。在介绍其工作原理之前，让我们先了解一些关于TL431基础的知识。
　　

　　图1：具有充电状态显示的充电电路

　　1、TL431的工作原理
　　TL431是可控精密稳压源，内部结构如图1所示，由图可以看到内部有一个2.5V的基准源，接在运放的反相输入端，运放的同相端Vref接外部的输入电压。当同相端的输入电压低于基准电压2.5V时，三极管截止不导通；若同相端的输入电压高于2.5V时，内部的三极管导通就会流过电流，随着同相端输入电压微小的变化，三极管的电流将从1mA到100mA变化。
　　同相端输入电压增加，运放的输出电压增加，输出三极管的电流IC也增加，输出三极管的电压VCE、即TL431的输出电压VCA会下降，TL431的CATHODE极整体灌入的电流也相应的增加，反之亦然。
　　

　　图2：TL431的等效电路图
　

　　图3：TL431的等效电路图
　

　　图4：TL431和三极管构成线性调节器
　

　　图5：TL431构成恒流恒压充电电路

　　图3、图4和图5的是TL431的一些基本的应用，图5是TL431和二个三极管组成的另一种恒压恒流电路，恒压部分由R2/R3、TL431控制Q1基极实现调节，恒流部分由Q2和Rs控制Q1基极实现调节，恒流值为：
　　Is = Vbe /Rs = 0.6V /Rs
　　2、具有充电状态显示的充电电路工作原理
　　图1的工作原理和图5基本相类似，开始充电时如果电池电压较低，输入电压通过R1、LED到电池，LED将TL431输出电压箍位，TL431基本上不起作用，R1限定LED的电流，由电路可以得到：
　　IR1 = ILED+IB+ITL431 == ILED
　　开始充电时IB和ITL431很小可以忽略。电池充电的恒流值可以使用下面公式：
　　ICharge = (VLED-VBE) /R2
　　使用上述方法就可以实现恒流。随着电池电压的提高，接近正常电压时，LED电流越来越小，当ILED小到一定时候，大部分R1电流从TL431流过，TL431开始切入工作，进入恒压状态。
　　TL431切入工作后同相端接外部的分压电阻，当输出电压Vo增加时，TL431同相端电压也增加，TL431输出电流也增加，Q1的基极电流降低，Q1在放大区，工作点从A移到C，如图6所示，VCE增加，从而导到Vo降低达到平衡，维持输出电压不变，反之亦然。
　　

　　图6：TL431构成恒流恒压充电电路

　　可以看到输出恒压值由下式来设定：
　　Vo = (1+R2 /R3)·2.5V
　　可以看到上述使用TL431组成的恒压恒流电路非常简单，同时可以实现充电状态的显示功能。