如何确定开关电源TL431反馈回路的参数

Posted 2021-08-29 qlexcel

转载自《https://www.dianyuan.com/article/54404.html》

  开关电源反馈回路主要由光耦（如PC817）、电压精密可调并联稳压器（如TL431）等器件组成。要研究如何设计反馈回路，首先先要了解这两个最主要元器件的基本参数。
一、光耦

PC817的基本参数如下表：

二、可调并联稳压器

  由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的2.5V 基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF 端（同相端）的电压非常接近Uref（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF 端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1 到100mA 变化。

  当然，该图绝不是TL431 的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431 的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的。

  前面提到TL431 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。如下图所示的电路，当R1 和R2 的阻值确定时，两者对Vo 的分压引入反馈，若Vo 增大，反馈量增大，TL431 的分流也就增加，从而又导致Vo 下降。

  可见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。

  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R1=R2 时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431 工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA 。

  了解了TL431和PC817的基本参数后，来看实际电路：

反馈回路主要关注R6、R8、R13、R14、C8这几个器件的取值。
首先来看R13。
R13、R14是TL431的分压电阻，首先应先确定R13的值，再根据Vo=(1+R14/R13)Vref 公式来计算R14的值。

1.确定R13.、R14取值
确定R13的值考虑以下两个条件：

①TL431 参考输入端的电流，一般此电流为2uA 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R13 的电流为参考段电流的100 倍以上，所以此电阻要小于2.5V/200uA=12.5K。

②考虑到待机功耗及瞬态响应，若取值太小，则通过的电流大，根据P=I2R公式，待机功耗大；若取值太大，则通过的电流小，反馈回路瞬态响应将受到影响。故，R13在满足条件1的情况下尽量取中间值或大于中间值。

本设计为5V/1.5A适配器设计，R13取5.6K，理论上要得到5V输出，R13与R14值相等即可，但考虑适配器实际应用存在线损，故选R14值略大于R13，取6.2K。

计算得：Vo=(1+6.2/5.6)*2.5=5.26V，结合使用的输出线规格及线损，在输出满载情况下，线末端能够得到5V电压。

2.确定R6、R8取值
由输出为5V知a点电压略高于5V，取5.3V

下图为TL431内部电路图，由图中可知，K端与R端相差一个PN节（即三极管工作在饱和状态时，K端将比R端电压高0.7V（硅管）），当开关电源工作时，下图中的Q1将工作在放大模式，根据三极管的放大特性，K端电压将比R端电压至少大0.7V，根据经验，K端电压比R端电压高1.5V~1.7V，即图3中的c点电压比d点电压高1.5V~1.7V，d点电压为TL431基准电压，为2.5V，则c点电压为4V~4.2V。

由光耦参数表可知，发光二极管正向压降为0.8~1.4V（取1V，IF为3~5mA时），这样可得b点电压为5V~5.2V

由上述条件，我们已经计算出图2中
a点电压为5.3V；
b点电压为5~5.2V（取5.1V）；
c点电压为4~4.2V（取4.1V）；
d点电压为2.5V；

由发光二极管参数知，IF<50mA,根据经验，IF一般取3mA。R8电阻是为TL431提供死区电流而设计的，查阅TL431参数知，要保证工作正常，TL431的Ika需大于1mA,小于100mA，一般取3~5mA。计算得R6=(5.3V-5.1V)/3~5mA =40Ω~67Ω。本设计取56R。R8<(1.2V/1mA)=1.2K,根据经验，一般取1K或470Ω

3.确定C8取值
有的电路设计中为提升低频增益，用一个电阻和一个电容串接于TL431控制端和输出端，来压制低频（100Hz）纹波和提高输出调整率，即静态误差，目的就是提升相位，要放在带宽频率的前面来增加相位裕度，具体位置要看其余功率部分在设计带宽处的相位是多少，电阻和电容的频率越低，其提升的相位越高，当然最大只有90 度，但其频率很低时低频增益也会减低，一般放在带宽的1/5 初，约提升相位78 度。根据计算，一般选用104电容或104电容与1K电阻串联。（具体计算比较复杂）

以上数据仅为理论计算，具体应根据实际测试情况进行微调处理。