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一个基于 TL431 和 PC817D - S 光耦的过压自锁电路。

1. 正常电压情况

当输入电压在正常范围内时，TL431（U1）的参考端（REF）电压低于其内部的 2.5V 基准电压。此时，TL431 处于截止状态。

由于 TL431 截止，光耦 PC817D - S（U2）中的发光二极管没有电流通过，光耦的光敏三极管也处于截止状态。

整个电路对输出没有影响，输出电压正常。

2. 过压情况

当输入电压超过设定值时，TL431 的参考端电压高于 2.5V 基准电压。此时，TL431 导通。

TL431 导通后，光耦 PC817D - S 中的发光二极管有电流通过，发光二极管发光，使光耦的光敏三极管导通。

光敏三极管导通后，通过 R4 和 R1 的分压，将一个高电平信号反馈到控制端（图中的 U200）。

这个高电平信号可以触发后续的保护电路动作，例如切断电源或发出报警信号，从而实现过压保护功能。

3. 自锁功能

一旦过压情况发生，光耦导通并将高电平信号反馈到控制端，这个高电平信号可以保持住，使保护状态持续，直到过压情况解除且电路被手动复位。这就是所谓的 “自锁” 功能。

4. 元件作用

R1、R2、R3、R4：这些电阻主要用于分压和限流，确保各个元件工作在合适的电压和电流范围内。

TL431：是一个精密的可调并联稳压器，用于监测输入电压，并在过压时导通。

PC817D - S：是一个光耦，用于实现电气隔离，防止高压对低压侧电路的干扰，并传递过压信号。

这个电路通过 TL431 和光耦的协同工作，实现了对输入电压的过压检测和自锁保护功能，能够有效保护后续电路免受过高电压的损害。

下面是TL431的性能介绍：

功能方框图：

主要元件和连接

REF（参考端）：

这是 TL431 的参考输入端。通常，内部的基准电压源连接到这个引脚。这个基准电压一般是 2.5V。外部电路可以通过这个引脚来设置 TL431 的工作状态。

ANODE（阳极）：

这是 TL431 的阳极引脚，通常连接到电路的地（GND）。

CATHODE（阴极）：

这是 TL431 的阴极引脚，通常连接到需要稳压的电源端。

工作原理

内部放大器：

图中的三角形符号代表一个内部放大器。这个放大器用于比较 REF 端的输入电压和内部基准电压（Vref）。

基准电压（Vref）：

内部有一个 2.5V 的基准电压源。当 REF 端的电压高于 2.5V 时，放大器会调整阴极（CATHODE）和阳极（ANODE）之间的电流，使阴极电压保持在一个稳定的值。

稳压功能：

通过外部电阻网络连接到 REF 端，可以设置不同的稳压值。当 REF 端的电压低于 2.5V 时，TL431 处于截止状态，阴极和阳极之间电流很小；当 REF 端电压高于 2.5V 时，TL431 导通，通过调节电流来维持稳定的电压输出。

从功能方框图中可以看出，当外部的R极电压大于2.5V时，也就是大于内部的Vref（约等于2.5V）时，内部的运算放大器就会输出高电平，从而驱动三极管导通（导通后TL431的Cathode和Anode两端电压约为1.9V），电流就会从C(K极)流向A极，那开关电源的过压保护电路就是利用这个原理：

当REF的电压小于Vref(2.5V)时，TL431表现为高阻态，几乎无电流流过。

当REF的电压大于Vref(2.5V)时，TL431表现为低阻态，电流从阴极流向阳极。

一般的过压保护电路，保护电压通常设计在正常电压的1.1~1.5倍，太低了很容易误动作。比如图1的5V过压保护电路，保护电压为5.6V，6.8V或者7.5V都是没有问题的。

我们假设选择6.8V作为保护电压。

我们先定R1和R2的阻值，流过R1和R2的电流不需要太大，这两个电阻主要是起分压的角色，电流取小点，两个电阻的发热量就可以忽略不计了，假设我们取流过R2的电流为1mA，则可得：

R2=2.5V/1mA=2.5K （取2.5V为临界值进行计算）2.5K不是常用的阻值，故我们选择2.7K。

知道了R2和流过R1,R2的电流，根据电阻分压计算公式很容易就可以得出：

（设流过R1和R2的电流为Ia，Ia=2.5V/R2=2.5V/2.7K）

6.8V=Ia*（R1+R2）可算出R1=4.64K 取标称值R1=4.7K

过压自锁电路的原理图。

工作原理

正常电压情况：

当输入电压在正常范围内时，TL431 的参考端电压低于其内部的 2.5V 基准电压，TL431 处于截止状态。

由于 TL431 截止，光耦中的发光二极管没有电流通过，光耦的光敏三极管也处于截止状态。整个电路对输出没有影响，输出电压正常。

过压情况：

当输入电压超过设定值时，TL431 的参考端电压高于 2.5V 基准电压，TL431 导通。

TL431 导通后，光耦中的发光二极管有电流通过，发光二极管发光，使光耦的光敏三极管导通。

光敏三极管导通后，通过 R4 和 R1 的分压，将一个高电平信号反馈到控制端（图中的 U200）。

这个高电平信号可以触发后续的保护电路动作，例如切断电源或发出报警信号，从而实现过压保护功能。

自锁功能

一旦过压情况发生，光耦导通并将高电平信号反馈到控制端，这个高电平信号可以保持住，使保护状态持续，直到过压情况解除且电路被手动复位。这就是所谓的 “自锁” 功能。

这个电路通过 TL431 和光耦的协同工作，实现了对输入电压的过压检测和自锁保护功能，能够有效保护后续电路免受过高电压的损害。

总结：

文中介绍了基于 TL431 和 PC817D - S 光耦的过压自锁电路。在正常电压下，TL431 参考端电压低于 2.5V 基准电压，处于截止状态，光耦也截止，电路输出正常。

过压时，TL431 参考端电压高于 2.5V 而导通，使光耦发光二极管有电流，光敏三极管导通，通过 R4 和 R1 分压将高电平信号反馈到控制端，触发后续保护动作。

此电路具有自锁功能，过压时光耦导通反馈的高电平信号能保持，使保护状态持续，直到过压解除且手动复位。文中还阐述了各元件作用，如电阻用于分压限流，TL431 用于监测电压，光耦用于电气隔离和传递过压信号。

还给出了过压保护电路设计计算示例，如选择 6.8V 作为 5V 电路的保护电压时 R1、R2 阻值的计算方法。