三端並聯穩壓器在開關電源設計中的應用

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈衝寬度調製（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。

開關電源一般有三種工作模式：頻率、脈衝寬度固定模式，頻率固定、脈衝寬度可變模式，頻率、脈衝寬度可變模式。前一種工作模式多用於DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；後兩種工作模式多用於開關穩壓電源。另外，開關電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用於DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；後兩種工作方式多用於開關穩壓電源。

根據開關器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關電源，大體上可分為：串聯式開關電源、並聯式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。其中，變壓器式開關電源（後面簡稱變壓器開關電源）還可以進一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來分，還可以分成更多種類。

在過去的普通開關電源設計中，通常採用將輸出電壓經過誤差放大後直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應用中也能較好地發揮作用，隨著技術的發展，當今世界的電源製造業大多已採用一種有類似拓撲結構的方案。此類結構的開關電源有以下特點：輸出經過TL431(可控分流基準)反饋並將誤差放大。TL431的沉流端驅動一個光耦的發光部分．而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓．用來調整一個電流模式的PWM控制器的開關時間，從而得到一個穩定的直流電壓輸出。

一

TL431簡介

TL431是可控精密穩壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從Vref（2.5V）到36V範圍內的任何值。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω，在很多應用中用它代替穩壓二極體，例如，數字電壓表，運放電路，可調壓電源，開關電源等。

TL431是一種並聯穩壓集成電路。因其性能好、價格低，因此廣泛應用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極體9013等相同，如圖a所示。同類產品還有圖b所示的雙直插外形的。封裝形式有TO-92、SOT-89、SOT-23等。

圖1中電路圖形符號中A為陽極，使用時需要接地。K為陰極。需要限流電阻接電源。u是輸出電壓uo的設定端，外接電阻分壓器。等效電路如圖2，主要包括4部分：

(1)誤差電壓放大器，其同相輸入端接從電阻分壓器上取得取樣電壓．反向輸入端則接內部的2．50V基準電壓U，並設計的Um-=U，u端常態下應為2．50V，因此，亦稱基準端；

(2)內部2．50V(準確值為2．495V)基準電壓源U；

(3)NPN型晶體管，它在電路中起到調節負載電流的作用；

(4)保護二極體，可防止因K—A間電源極性接反而損壞晶元前面提到TIA31的內部含有一個2.5v的基準電壓．所以當在REF端引入輸出反饋時．器件可以通過從陰極到陽極很寬範圍的分流．控制輸出電壓。

如圖1所示基本接線電路。當R1和R2的阻值確定時，兩者對uo的分壓引入反饋。若uo增大．反饋量增大，TL431的分流也就增加．從而又導致uo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在u等於基準電壓處穩定。

此時

選擇不同的R1和R2的值可以得到從2．5V到36V範圍內的任意電壓輸出。特別地，當RI=R2時。Uo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TI．A-3l工作的必要條件，及通過陰極的電流要大於lmA。

二

TL431與光電耦合器分析

在開關電源中電源反饋隔離電路由光電耦合器如PC817以及並聯穩壓器TL431所組成．其典型應用如圖3所示。當輸出電壓發生波動時．經過電阻分壓後得到取樣電壓與TL431中的2．5V帶隙基準電壓進行比較．在陰極上形成誤差電壓．使光耦合器件中的LED工作電流生產相應的變化．在通過光耦合器件去改變TOPSwitch控制端得電流大小，進而調節輸出占空比。使uo保持不變，達到穩壓目的。

反饋迴路中主要元件的作用及選擇：R1 R4 R5主要作用是配合TL431和光耦合器件工作。其中R1為光耦的限流電阻．R4及R5為TL431的分壓電阻，提供必須工作電流以完成對TL431保護。

1)取樣電阻R4 R5的選擇，R5的值不是任意取的，要考慮兩個因素：

(1)TL431參考輸入端的電流，一般此電流為2 A左右，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響．一般取流過電阻R5的電流為參考段電流的100倍以上，所以此電阻要小於2.5W2001*A=12.5K。

(2)待機功耗的要求，如有此要求在滿足(125K的情況下取最大值。

2)C6作為頻率補償之用．可以提高TL431的瞬態頻率響應典型值為0.1uf。

3)R1為光耦的限流電阻選擇

U為TIA31陰極電壓最小為2.5v可承受的最大電壓為37V，I為TL431最小工作電流1mA，U為光耦合導通壓降為1v。

光電耦合器的限流電阻Rl可由下式求得：R1=其中為I二極體的電流，光二極體能承受的最大電流在50mA左右，TLA31為100mA，所以我們取流過R1的最大電流為50mA。

4)輸出電壓Uo，則由TL431內部2．5V之參考電壓求得：

總結：TL431的三端並聯穩壓器在許多應用中都大有用處。這種三端子器件既廉價，功能又很多樣化。這種穩壓器經過配置，可在開關電源中實現多種功能。這種器件可用作基準精確度。也可作為廉價的運算放大器以進行反饋控制。

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