在电子电路设计中，反馈控制是一种关键的技术，用于确保系统性能的稳定性和精度。光耦合器因其电气隔离特性在反馈电路中广泛应用。本文聚焦于TL431和光耦合器组成的反馈电路设计，强调了正确计算和设计的重要性，避免潜在的问题。
TL431是一种精密可调基准电压源，常用于电源转换器的反馈电路中。其内部参考电压一般设定为2.5V，通过外部电阻R1和R2形成分压器，使得在需要的输出电压上，R1与R2的电压等于TL431的内部参考电压。电阻R3、电容C1和C2则提供了反馈补偿，以稳定控制回路。电路的总增益由TL431、光耦合器以及LED电流的传输函数共同决定。
光耦合器的电流传输率(CTR)是计算其增益的关键参数。光耦合器的增益是通过LED电流与晶体管输出电流的比率来确定的。在图1所示的电路中，TL431的总增益还包括通过光耦合器LED的电流产生的影响。这个增益可以表示为(Vout - Vcathode) / R4，其中Vout是进入TL431的Vsense电压，Vcathode是TL431阴极电压，R4是负载电阻。
设计者需要关注的是，即使在理想的条件下，反馈电路也可能存在未预期的“隐性”反馈路径，例如图1中Zfb/R1的项。通常，只有当这个比例远大于1时，这个项可以被忽略。电源转换器的开环增益是所有增益因素的乘积，包括TL431、变压器匝比、PWM输出滤波器组件效应、负载效应以及光耦合器效应。在确定了这些因素后，设计者可以选择合适的组件以使增益在特定频率下穿越0dB，并保持足够的相位裕度，通常要求大于45度。
以100kHz为例，这是一个常见的开关频率。设计者需要确保在这一频率上的控制到输出增益等于预设值，例如图2中所示的-20dB（或0.1）。通过选择适当的R1、R2、R3、R4、R6、C1和C2值，可以调整反馈网络以实现所需响应。在本例中，通过让R3等于10倍的R1，可以满足10kHz时的增益需求，而C1和C2的值则用于调整相位裕度和低频增益。
图3展示了控制到输出的开环增益，可以看到总增益在10kHz时下降，符合设计要求。然而，实际情况可能并不理想，如图4所示，当控制到输出增益为+20dB时，由于+1项的存在，TL431与光耦合器的增益可能会导致不同于预期的行为。这是因为TL431感应的信号不仅通过R4影响输出，还会通过光耦合器的电流源产生影响，形成一个“隐性”回路。
在设计过程中，设计师必须充分考虑所有这些因素，包括CTR的变化、元件公差、温度影响以及电源波动，以确保反馈电路的稳定性和性能。通过精确计算和适当的设计，可以克服这些挑战，构建出高效、可靠的反馈控制系统。
