以PC817+TL431电路为例，介绍周边电阻的设计方法

木犯001号

以PC817+TL431电路为例，介绍周边电阻的设计方法 [复制链接]

在隔离型开关电源中经常会采用光耦PC817匹配运放TL431来实现隔离反馈功能，其中TL431是主要的环路补偿器件（实现PID或者Type类补偿器）而PC817则主要用来实现隔离功能。但实际中如果光耦PC817的周边电阻匹配不恰当也会导致某些条件下环路不能正常工作，给调试工作带来不必要的麻烦。下面就以图一电路为例简单介绍PC817周边电阻的设计方法。

 

 

图1 PC817+TL431电路

首先了解一下PC817和TL431的特性：

一、光耦PC817跟三极管有些类似，三极管中集电极电流和基极电流关系约为Ic=β*Ib，在PC817中集电极和“基极”的电流关系约为IL=Ctr*If，其中Ctr（Current transfer ratio）等同于三极管中的β。不同之处这个Ctr是个随电流If变化的曲线，PC817x中有多种型号对应着不同的Ctr，常用的是PC817A，见下表。

 

 

表1 PC817x对应的Ctr

PC817A的Ctr曲线如下：

 

 

图2数据手册对比Ctr拟合曲线

为方便后续计算用两段拟合曲线拼出Ctr曲线，这里也可以采用多段线性拼接的方式。

二、TL431正常工作时要满足两个条件：

1、TL431的集电极电压要大于2.5V

2、TL431的集电极电流要大于0.6mA

这两个条件间接的影响了PC817的参数设计。

跟三极管类似，PC817的参数设计就是对静态工作点的设置，其周边共有三个电阻所以参数设计也分为三步。

第一步，电阻RL的参数设计

参考图1，PC817输出电压FB满足公式：

FB=Vcc-IL*RL                   公式（1）

首先根据电源控制IC给定的FB脚电压范围设定FBmax和FBmin其次设置一个最大Ifmax利用公式可以求出最小RL值，见下图。

 

 

图3-1电阻RL计算方法

反过来如果先给定最小电阻RL再求最大电流If也是可行的，这里电阻RL的选取参考功耗和环路速度这两方面，RL取值越大则电路功耗越低但环路响应也越慢，因为光耦引入了一个极点见下图：

 

 

图3-2电阻RL对极点的影响

如图3-2电阻RL越小极点频率越高，如果取RL=1kΩ则对10kHz以内的影响几乎可以忽略。

第二步，电阻Rf的参数设计

因匹配的TL431有最小工作电流限制，这里的电阻Rf就依此来设计。参考图1，PC817的输入电流If满足公式：

VF/Rf+Ifmin>Ikamin        公式（2）

设发光二极管的压降VF=1.2V，TL431的最小工作电流Ikamin=1mA（综合温度、参数漂移等影响留一定余量），利用公式（1）计算出的最小工作电流Ifmin就可以求出最大Rf阻值，见下图。

 

 

图4-1电阻Rf计算方法

某些情况下电阻Rf可以省掉进一步降低功耗，举个例子假设控制IC的FB范围为0~3V，重新计算的结果为：

 

 

图4-2不需要电阻Rf的情况

图4-2假设的例子中发光二极管最小工作电流Ifmin=1.9mA大于TL431的最小工作电流Ikamin=1mA，所以这里就不再需要电阻Rf了。

第三步，电阻RD的参数设计

因匹配的TL431有最小工作电压限制，这里的电阻RD就依此来设计。参考图1，TL431的输出电压满足公式：

Vka=Vo-Ika*RD-VF             公式（3）

公式中的Ika是TL431的集电极电流等发光二极管电流If与流经电阻Rf的电流之和。

 

 

图5电阻RD计算方法

按照上述三步设计的参数已经可以让光耦PC817工作在一个合适的静态工作点上，下面再进行反向验证，可以代入之前计算的电阻值也可以代入自定义电阻值，根据之前计算的极值在TL431集电极处注入一交流电压信号就可以得出各工况下的电压、电流及功耗波形。

首先电压波形验证：

 

 

图6电压验证

图6中注入电压信号最低值2.5V、最高值8.97V，输出FB端电压最低0.2V、最高4.8V跟设定值一致。

其次电流波形验证：

 

 

图7电流验证

图7中TL431最小电流1mA，PC817最大电流4mA跟设定值一致。

最后功耗验证：

 

 

图8功耗验证

图8中TL431和PC817的功耗都低于20mW远低于数据手册上提供的70mW+150mW（PC817），最后得出结论所匹配参数满足设计要求。