三端并联稳压器在开关电源设计中的应用

木犯001号

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开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。

根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。

在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用，随着技术的发展，当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过TL431(可控分流基准)反馈并将误差放大。TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分．而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压．用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。

一

TL431简介

TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。其封装形式与塑封三极管9013等相同，如图a所示。同类产品还有图b所示的双直插外形的。封装形式有TO-92、SOT-89、SOT-23等。

图1中电路图形符号中A为阳极，使用时需要接地。K为阴极。需要限流电阻接电源。u是输出电压uo的设定端，外接电阻分压器。等效电路如图2，主要包括4部分：

(1)误差电压放大器，其同相输入端接从电阻分压器上取得取样电压．反向输入端则接内部的2．50V基准电压U，并设计的Um-=U，u端常态下应为2．50V，因此，亦称基准端；

(2)内部2．50V(准确值为2．495V)基准电压源U；

(3)NPN型晶体管，它在电路中起到调节负载电流的作用；

(4)保护二极管，可防止因K—A间电源极性接反而损坏芯片前面提到TIA31的内部含有一个2.5v的基准电压．所以当在REF端引入输出反馈时．器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流．控制输出电压。

如图1所示基本接线电路。当R1和R2的阻值确定时，两者对uo的分压引入反馈。若uo增大．反馈量增大，TL431的分流也就增加．从而又导致uo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在u等于基准电压处稳定。

此时

选择不同的R1和R2的值可以得到从2．5V到36V范围内的任意电压输出。特别地，当RI=R2时。Uo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TI．A-3l工作的必要条件，及通过阴极的电流要大于lmA。

二

TL431与光电耦合器分析

在开关电源中电源反馈隔离电路由光电耦合器如PC817以及并联稳压器TL431所组成．其典型应用如图3所示。当输出电压发生波动时．经过电阻分压后得到取样电压与TL431中的2．5V带隙基准电压进行比较．在阴极上形成误差电压．使光耦合器件中的LED工作电流生产相应的变化．在通过光耦合器件去改变TOPSwitch控制端得电流大小，进而调节输出占空比。使uo保持不变，达到稳压目的。

反馈回路中主要元件的作用及选择：R1 R4 R5主要作用是配合TL431和光耦合器件工作。其中R1为光耦的限流电阻．R4及R5为TL431的分压电阻，提供必须工作电流以完成对TL431保护。

1)取样电阻R4 R5的选择，R5的值不是任意取的，要考虑两个因素：

(1)TL431参考输入端的电流，一般此电流为2 A左右，为了避免此端电流影响分压比和避免噪音的影响．一般取流过电阻R5的电流为参考段电流的100倍以上，所以此电阻要小于2.5W2001*A=12.5K。

(2)待机功耗的要求，如有此要求在满足(125K的情况下取最大值。

2)C6作为频率补偿之用．可以提高TL431的瞬态频率响应典型值为0.1uf。

3)R1为光耦的限流电阻选择

U为TIA31阴极电压最小为2.5v可承受的最大电压为37V，I为TL431最小工作电流1mA，U为光耦合导通压降为1v。

光电耦合器的限流电阻Rl可由下式求得：R1=其中为I二极管的电流，光二极管能承受的最大电流在50mA左右，TLA31为100mA，所以我们取流过R1的最大电流为50mA。

4)输出电压Uo，则由TL431内部2．5V之参考电压求得：

总结：TL431的三端并联稳压器在许多应用中都大有用处。这种三端子器件既廉价，功能又很多样化。这种稳压器经过配置，可在开关电源中实现多种功能。这种器件可用作基准精确度。也可作为廉价的运算放大器以进行反馈控制。