TL431外围电路的分析

shaorc

 图1中，变压器副边输出15VDC， 图2中，变压器副边输出36VDC，光耦芯片都是TLP521

【1】TLP521的供电电压是5V-24V，图1直接通过R3（510R）把15V供给光耦，而图2却通过R2和R3输出分压到24V再输给光耦供电，两种做法有差别吗？

【2】图1中的C2和R4，以及图2中的R8和C3，都是为了消除图中两条加粗蓝线之间的差模干扰（例如输出电压尖峰），那么图2中多加入的C2起到什么做用？

图1

 

图2

maychang

电路有误。电容C1下端必须接图中的 “地”，如下图中红色部分，否则U1、V1等两端无电压，电路根本不能工作。

maychang

首帖第二幅电路图也有相同的错误。电容C1下端必须接图中的 “地”，

maychang

关于图1中电容C2电阻R4以及图2中C3R8C2作用，稍后分析。

首帖中说：“图1中的C2和R4，以及图2中的R8和C3，都是为了消除图中两条加粗蓝线之间的差模干扰‘，是错误的。

shaorc

maychang 发表于 2021-3-16 12:08 关于图1中电容C2电阻R4以及图2中C3R8C2作用，稍后分析。 首帖中说：“图1中的C2和R4，以及图2中的R ...

谢谢2楼和3楼关于接地的提醒

同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-16 13:05 谢谢2楼和3楼关于接地的提醒 同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。 ...

『同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用』

这要花费比较多的篇幅，因为需要补充一些负反馈以及反馈稳定性的知识。稍后我会贴出来。

shaorc

maychang 发表于 2021-3-16 13:47 『同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用』 这要花费比较多的篇幅，因为需要补充一些负反馈以 ...

谢谢指导

请问POI自行车

谢谢楼主分享~确实是很好的经验~感谢

tianshanxuexie

关于问题2中C2的作用，如果用到C2的话，一般比C3小1到2个量级，抑制高频干扰

shaorc

tianshanxuexie 发表于 2021-3-17 09:17 关于问题2中C2的作用，如果用到C2的话，一般比C3小1到2个量级，抑制高频干扰

确实，C3一般是几百纳法，100纳法，330纳法，而C2常用几纳法，比如1纳法，4.7纳法。

而你说C2是抑制高频干扰，这个干扰是从副边输出的直流电压而来？如果有高频的干扰来了，通过R5到C2，此时C2对于高频相当于直接通过，然后这个高频干扰信号去了哪儿？

maychang

shaorc 发表于 2021-3-16 13:05 谢谢2楼和3楼关于接地的提醒 同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。 ...

首先必须理解：稳压输出的开关电源是一个带有强烈负反馈的放大器，和音频工作中的D类放大器并无二致。

这个负反馈放大器的输入，就是基准电压，其输出就是开关电源的负载。

无论是Buck、Boost……正激、反激、推挽……开关电源，都是带有强烈负反馈的放大器。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-16 13:05 谢谢2楼和3楼关于接地的提醒 同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。 ...

首帖这个反激开关电源，其稳压输出的负反馈电路是这样工作的：输出电压(可能经过电阻分压)与基准电压进行比较，其差值经光耦送到PWM控制部分以控制PWM信号的占空比。当输出电压高于基准电压时，光耦副边(光电管侧)使PWM占空比减小，从而使输出电压降低。输出电压低于基准电压时，光耦副边使PWM占空比增加，从而使输出电压增加。直到输出电压与基准电压相等为止。这就是带有负反馈反激开关电源的稳压过程。

之所以使用光耦，是为了使输出端与开关电源的输入端(首帖图中变压器T1的原边)实现电气隔离，以免输出端与变压器原边具有电气联系。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-16 13:05 谢谢2楼和3楼关于接地的提醒 同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。 ...

为了实现输出电压高于基准电压时，光耦副边(光电管侧)使PWM占空比减小，从而使输出电压降低，反之亦是这个目的，可以使用多种电路。首帖使用了TL431，这是一种比较方便价格也便宜的电路。

TL431内部有一个电压基准，还有一个集电极开路输出的运算放大器。其K端应该经一个电阻接直流电源(首帖中这个直流电源就是反激开关电源的输出)。

TL431的工作，可以简单地概括：总是力图使R端与A端之间电压等于内部2.5V基准电压。亦即R端电压高于基准时，K端电流增加，K端对A端电压下降，反之亦然。直到R端对A端电压等于内部基准为止。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-17 10:29 确实，C3一般是几百纳法，100纳法，330纳法，而C2常用几纳法，比如1纳法，4.7纳法。 而你说C2是抑制高 ...

首帖中电容C2和C3和所谓 “高频干扰” 毫无关系。这两个电容以及和电容串联的电阻(第一幅图中R4，第二幅图中R8)目的是改变反馈电路的频率特性，以保证负反馈的稳定有效。

这个 “改变反馈电路的频率特性”，通常称为 “频率补偿”。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-16 13:05 谢谢2楼和3楼关于接地的提醒 同时等待关于C2和R4，以及图2中的R8和C3的作用，以为是消除差模干扰的。 ...

去掉 “频率补偿” 的电路，待我稍后慢慢画出来。这可能要到明天才能够完成。

shaorc

maychang 发表于 2021-3-17 18:25 去掉 “频率补偿” 的电路，待我稍后慢慢画出来。这可能要到明天才能够完成。

好的 感谢指点 我先看着这

maychang

shaorc 发表于 2021-3-18 07:50 好的 感谢指点 我先看着这

“输出电压(可能经过电阻分压)与基准电压进行比较，其差值经光耦送到PWM控制部分以控制PWM信号的占空比。当输出电压高于基准电压时，光耦副边(光电管侧)使PWM占空比减小，从而使输出电压降低。输出电压低于基准电压时，光耦副边使PWM占空比增加，从而使输出电压增加。”满足上述要求的最简单的电路如下图：

图中RL是负载，D1是单端反激变压器次级整流管，C1是滤波电容。Z为普通稳压管，作为电压基准，OC是光耦。

输出电压(RL两端电压)大致等于稳压管击穿电压加上光耦发光管压降(约1.1～1.2V)。

但此电路缺点很多：增益(光耦输出与输出电压与基准的差之比)很小，Z的阻抗很低。阻抗低就难以加入频率补偿电路(需要使用很大的电容)。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-18 07:50 好的 感谢指点 我先看着这

使用TL431的电路，如果去掉频率补偿，最简单的电路如上图。

图中可见：输出电压经电阻R1R2分压施加到TL431的R端。输出电压经分压后若高于TL431内部基准电压(2.5V)则TL431的K端电流增加，光耦中发光管电流增加，反之亦然。光耦光电管输出作为误差信号控制PWM占空比，当输出电压经分压后高于2.5V时PWM占空比减少，使输出电压降低。输出电压低时将使PWM占空比增加，输出电压升高。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-18 07:50 好的 感谢指点 我先看着这

上图copy自TL431的说明书。图中可见，TL431内部包括基准电压，还有一个运放。这个运放加上图中三极管，构成集电极开路的放大器。输入信号(R端)就是与基准进行比较，然后经运放和三极管放大，三极管集电极电流就是光耦中发光管的电流。

你应该能够把上图代入前一回复中的图，看清楚TL431在前一回复图中是怎么工作的。

maychang

shaorc 发表于 2021-3-18 07:50 好的 感谢指点 我先看着这

上图复制于《开关电源设计 第三版》，在开关电源学习小组第17次活动中引用过此图。但需要注意：该图中运算放大器EA两个输入端极性标反了，也就是说，R1C1C2应该接到EA的反相输入端。而基准电压Vref应该接到运算放大器的同相输入端。

上图中电容C1C2电阻R1R2就构成了所谓频率补偿电路，其目的是为了使整个负反馈电路(包括输出电压取样、与基准比较、误差放大、PWM控制、功率变换、输出整流滤波)的频率和相位特性符合我们的要求，不但要保持输出电压稳定，还要保证开关电源不会产生输出电压的振荡和过冲。

电容C1C2电阻R1R2，和你首帖中的电阻电容是对应的。你应该能够把上图中的这几个元件与首帖你的图中各元件对应上。对应上了，就算把首帖图中你的问题理解了。