TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

时间:2023-06-21来源:佚名

目录

随着半导体行业的发展,开关电源的应用场合不断拓宽。同时,对开关电源的要求也不断提高。高功率密度、小体积、低价格成为开关电源行业的趋势。在半导体技术迅猛发展的背景下,通过选用更加优秀性能的开关管,能够在同样的体积空间下输出更高的功率,从而达到优化开关电源的功率的目的。对于控制回路而言,使用TL431来代替由分立的基准电压和运放构建的具有反馈功能控制回路,文中首先对TL431的内部结构进行分析,比较了TL431和由通用运放搭建的反馈回路,然后对TL431的静态工作点设置进行分析和计算,最后计算了由TL431构成的补偿环路。

1.TL431简介

1.1内部结构

Texas Instrument公司开发的TL431是一种稳定性好、三端可调并联稳压器,常用作可调压的电压基准。其外部结构包含阴极、阳极和参考电压三个引脚;内部结构框图如图1所示,在TL431的大部分应用中,阳极接地,阴极电流的一部分会流过结构框图左下的镜像电流源。该电流在电阻上产生的压降再加上三极管基极B与发射极E的压降共同构成2.5V的参考电压。TL431的中间级结构相当于差分放大电路,输出级为达林顿结构,由此TL431具有内部集成电压基准以及运放电路的功能。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图1 TL431内部电路结构

1.2工作原理

根据其功能,TL431可以简化由内部集成2.5V的基准电压、差分运放和集电极开路的三极管构成。TL431的简化图如图2所示。当参考电压引脚上的电压低于内部基准电压2.5V时,运放输出为低电(píng),三极管关断,忽略微小的漏电流,此时没有电流流过TL431;当参考电压引脚上的电压高于内部基准电压时,运放输出为高电(píng),三极管导通从阴极抽取电流并迅速进入饱和区;当参考电压引脚上的电压非常接近基准电压时,三极管才工作在放大区,从阴极抽取恒定的电流。通过分析可知,在开关电源中分立的基准电压加运放做反馈的结构可以被TL431很好地替代。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图2 TL431功能结构

2.TL431在反馈回路中的应用

2.1由普通运放和电压基准构成的反馈回路

一般原副边隔离场合下的开关电源,其功率级的隔离是通过变压器来实现。反馈信号的隔离主要通过光耦来实现。运放和电压基准以及光耦构成的反馈回路,如图3所示。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图3 运放和电压基准构成的反馈回路

输出电压(Vo)通过电阻分压后,与参考电压(Vref)比较。运放输出误差电压信号(Verr),从而控制流过光耦LED的电流Ie。通过光耦在原边产生电流Ic,由Ic在电阻Rc上产生反馈电压VFB。反馈电压再与控制芯片内部的比较器进行比较,产生控制开关管的占空比信号,从而使输出电压在不同负载不同输入电压的情况下都能稳定在设置好的电压范围内。

2.2由TL431构成的反馈回路

TL431内部集成了电压基准和差分运放,可以在反馈回路中用TL431替代分立的电压基准和运放。但是在实际运用中,TL431跟分立的电压基准和运放的工作原理并不完全相同,需要作进一步的分析和研究。由TL431构成的反馈回路如图4所示。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图4 TL431构成的反馈回路

输出电压通过电阻分压连接到TL431的电压基准引脚,当TL431电压基准引脚电压非常接近2.5V时,其内部的三级管工作在线性区,并从副边的辅助电源VCC抽取一个恒定的电流Ie。流过发光二极管的电流Ie会在光敏三级管上感应出与Ie

成比例的电流Ic。

在工程中用光耦的电流传输比(CTR)来定义该比值:

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

原边的反馈电压VFB:

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

其中,VDD是原边的辅助电源电压,副边TL431的阴极电压:

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

其中,Vcc是副边的辅助电源电压,Vd是光耦发光二极管的导通压降。

VFB是反馈环路通过光耦隔离之后传递到原边控制芯片的误差信号,该信号跟芯片内部的斜坡信号(Vramp)进行比较来输出驱动信号的占空比(du-tyc)cle),使输出电压在不同输人和负载条件下能够稳压,如图5所示。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图5 反馈误差信号和占空比

如果开关电源的输出电压(Vo)需要增大时,相应的就需要增大驱动信号的占空比,从而反馈的误差信号(VFB)需要相应的增大,此时副边流过光耦发光二极管的电流Ie需要相应的减小。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

可以看出,副边反馈电流Ie跟输出电压密切相关。若使开关电源能够稳定工作,需对TL431反馈的静态工作点进行计算和合理设置。

3.TL431反馈的静态工作点的计算和设置

TL431直流等效模型可以等效为一个电压控制电压源,如图6所示。

TL431在开关电源反馈回路中的应用设计

图6 TL431直流等效模型

相关阅读

一文告诉你PLC 的工作原理,其实很简单,建议收藏

PLC的循环扫描工作过程 各种 PLC 都采用扫描工作方式,具体工作过程大同小异。下面以欧姆龙公司的小型机CP1为例,介绍PLC的工作过程。如图1所示,PLC上电后,首先进行初始化,然后进...
2023-06-13
一文告诉你PLC 的工作原理,其实很简单,建议收藏

欢迎大家指正(建筑水电安装经验总结)

材料方面 水电安装材料分为主材和辅材,供货方式有甲供、甲定乙供和乙供;甲供材料一般为:电线、电缆、PVC电工套管及配件、桥架、配电箱、给水管材及管件、排水管材及管件、潜...
2023-06-11

电工必备-单、双控、多控开关接线图及各类电表接线图

单控、双控、三控、多控开关接线图 各类电表接线图 三相四线电表 三相四线电表 以上两个电表接线的关键是:注意互感器的接线。 单相电度表接线原理 单相电度表接线实物图 单相通...
2023-06-11
电工必备-单、双控、多控开关接线图及各类电表接线图

扎心了!只有电工才看懂的笑话,笑着笑着哭了~

扎心了!只有电工才看懂的笑话,笑着笑着哭了~ 一、 话说冬天寒冷,有一小伙子在马路边看见一摔倒老大爷,于是跑过去说到:“大爷,我扶您起来吧,正好我们维修公司就在不远处...
2023-06-11
扎心了!只有电工才看懂的笑话,笑着笑着哭了~

陶瓷电容器的静电容量测量法

本文将对陶瓷电容器的静电容量测量方法进行说明。 01 测量仪器 一般使用LCR测试仪测量陶瓷电容器的静电容量。 02 测量原理 LCR测试仪的代表性测量方法如图所示,为自平衡电桥法。其...
2023-03-31
陶瓷电容器的静电容量测量法

热销商品

EPDM配电箱机柜密封条三元乙丙橡胶半圆海绵自粘发泡胶条20*10mm

EPDM配电箱机柜密封条采用优质三元乙丙橡胶(EPDM)材质,具备优异的耐候性、耐臭氧、耐高低温(-40℃~+120℃)及抗老化性能,适用于户外及严苛环境。其半圆海绵结构设计,兼具...
1.08

防静电塑料镊子93301-08硬质碳纤维合成镊子 尖头镊子 纤维镊子

防静电塑料镊子93301-08采用硬质碳纤维合成材料制成,兼具高强度与轻量化特性,适用于精密操作场景。其尖头设计精细,夹持力稳定,可精准抓取微小元件,广泛应用于电子元器...
0.3

耐高温发泡硅胶密封垫片背胶定制聚氨酯丁晴氟橡胶EPDM矩形软四氟

耐高温发泡硅胶密封垫片背胶定制产品,采用优质硅胶、聚氨酯、丁腈橡胶、氟橡胶及EPDM等多种高性能材料,具备优异的耐高温、耐油、耐腐蚀与抗老化性能。其发泡结构质...
2

硅胶发泡圆条硅胶发泡条耐高温密封条海绵条 1mm/2/3/4/5/8/10/12

硅胶发泡圆条(又称硅胶发泡条、耐高温密封条、海绵条)是一种高性能密封材料,采用优质硅胶发泡工艺制成,具有优异的耐高温、耐老化、阻燃及弹性恢复性能。常见规格包括...
1.6

轻便型防撞鸭舌安全帽车间防撞安全鸭舌帽防砸帽劳保帽子定制印字

轻便型防撞鸭舌安全帽专为车间作业设计,融合安全防护与舒适佩戴体验。采用高强度ABS材质,重量轻、抗冲击性强,有效抵御高处坠物及侧面碰撞,符合国家安全标准。鸭舌帽...
14.6

网站栏目