部品選定

TL431(シャントレギュレータ)とは?基準電圧2.5Vの使い方と抵抗の計算

TL431のアイキャッチ。ブレッドボードに挿した3本足のICと抵抗の写真風の絵に「TL431とは?」「基準電圧2.5Vと抵抗の計算」の文字

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TL431とは、内部に約2.5Vの基準電圧をもち、REF端子の電圧が基準電圧と等しくなるようにカソードからアノードへ電流を流す、3端子のシャントレギュレータです。出力電圧と直列抵抗の計算は計算の節、フライバック電源での使い方はフィードバックの節にあります。

結論|まず30秒でわかる答え

出力電圧は抵抗2本で Vout=Vref×(1+R1/R2) に決められます。安定して動かすには、カソードに最小の電流(データシートで最大1mA)以上を流すよう、直列の抵抗を選びます。

TL431とは?「調整できる精密なツェナーダイオード」

TL431 は、カソード(K)・アノード(A)・REF の3つの端子をもちます。REF 端子の電圧が内部の基準電圧(約2.5V)より高くなると、カソードからアノードへ多くの電流を流して電圧を下げ、低くなると電流を減らします。負荷と並列に入って余分な電流を逃がすので、シャント(並列)レギュレータとよばれます。

ツェナーダイオードTL431
電圧の決め方部品の品種で決まる抵抗2本で 2.5V〜数十V に決められる
電圧の精度ばらつき・温度変化が大きめ基準電圧の精度がよい(B グレードで約±0.5%)
最小の電流品種によるカソードに 1mA 以上(データシートの値)
よく使う場面簡単な定電圧・サージ吸収基準電圧、電源のフィードバック
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ツェナーダイオードで定電圧を作る使い方がわかります。TL431 と比べてみましょう

出力電圧と直列抵抗の計算

公式
Vout = Vref ×(1 + R1 ÷ R2) (R1:出力と REF の間、R2:REF とアノードの間)

例1:3.3V を作る

STEP 1

R1÷R2=3.3÷2.495−1≒0.3226

STEP 2

R2=10kΩ とすると R1≒3.23kΩ → 近い値の 3.24kΩ を使う

STEP 3

Vout=2.495×(1+3.24÷10)≒3.30V

STEP 4

基準電圧のばらつき(B グレード 2.483〜2.507V)を入れると、出力は約3.29〜3.32V

例2:12V から 5V のシャントレギュレータ(負荷 4mA)

STEP 1

直列抵抗 Rs には、負荷の電流とカソードの最小電流の合計を流す:4+1=5mA

STEP 2

Rs=(12−5)V÷5mA=1.4kΩ

STEP 3

負荷が0のときは、5mA がすべて TL431 に流れる(推奨範囲 1〜15mA の中)

STEP 4

Rs の損失:7V×5mA=35mW。TL431 の損失:5V×5mA=25mW(無負荷のとき)

注意|ここで間違えやすい

TL431 は、出力につなぐコンデンサの値とカソード電流の組み合わせによっては発振することがあります。データシートの安定領域のグラフで確かめましょう。REF 端子に流れる電流 Iref も、R1 が大きいと出力のずれになります。具体値は使う品種のデータシートで確認してください。

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フライバック電源のフィードバックでの使い方

絶縁型のスイッチング電源(フライバック方式など)では、二次側の出力電圧を TL431 で見張り、その電流でフォトカプラの LED を光らせて、一次側の制御 IC に「電圧が高い・低い」を伝える構成がよく使われます。TL431 が誤差を増幅するアンプの役目をし、フォトカプラが絶縁を保ったまま信号を渡します。

レビューで見るポイント理由
カソード電流が最小値以上か足りないと基準電圧が安定しない
フォトカプラの LED の電流と CTR信号の大きさが変わり、制御がずれる
位相補償の部品帰還ループが発振しないよう、補償の CR を入れる
R1・R2 の精度と温度係数出力電圧の精度に直接効く
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TL431 でよくある間違い

よくある間違い正しい考え方
カソード電流が足りない最小値(1mA)以上を、最も条件の悪いときにも流す
R1 と R2 を逆にするR1 は出力と REF の間、R2 は REF とアノードの間
出力に大きいコンデンサを適当に付ける発振することがある。安定領域で確かめる
最大電流を超える推奨範囲(例:15mA 以下)と損失を確かめる
基準電圧を 2.5V ちょうどと思う品種で幅がある(A・B グレード)

よくある質問

Q. TL431とは?

A. 内部に約2.5Vの基準電圧をもち、抵抗2本で出力電圧を決められるシャントレギュレータです。

Q. TL431の出力電圧の計算式は?

A. Vout=Vref×(1+R1/R2) です。Vref は約2.495V、R1 は出力と REF、R2 は REF とアノードの間の抵抗です。

Q. TL431のカソード電流はいくつ必要?

A. データシートの最小電流(最大で1mA)以上を流します。負荷が最大のときにも満たすよう直列抵抗を決めます。

Q. TL431とツェナーダイオードの違いは?

A. TL431 は抵抗で電圧を自由に決められ、精度もよいのが違いです。ツェナーは品種で電圧が決まります。

Q. TL431がフライバック電源で使われる理由は?

A. 二次側の出力電圧を精度よく見張り、フォトカプラを通して一次側へ誤差を返すアンプとして使えるからです。

この記事の要点
  • TL431 は約2.5V の基準電圧をもつシャントレギュレータ
  • 出力電圧は Vout=Vref×(1+R1/R2)
  • カソードに最小電流(1mA)以上を流すよう直列抵抗を決める
  • 絶縁型電源では、フォトカプラと組んでフィードバックに使う
  • 発振・損失・基準電圧のばらつきをデータシートで確かめる
参考にした資料

部品の特性はメーカーや型番で異なります。設計に使うときは、使う部品の最新のデータシートで確かめてください。

この記事の理解を深める本と道具
おすすめの本

電源回路の設計を、要求仕様から短時間でまとめる実務の考え方まで知りたい人に向いています。要求仕様どおりの電源を短時間で設計するための、電源回路設計の本です(CQ出版、馬場清太郎 著)。

おすすめの道具

回路を実際に組んで、電流や電圧を確かめてみたいときに向いています。サンハヤトのブレッドボード SAD-101です。408個の穴に部品を差し込むだけで、はんだ付けをせずに回路を組めます。

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電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで回路設計と生産技術(品質改善)に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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