开关电源中TL431与光耦参数配合调整.pdf.pdf

在开关电源设计中，回授电路的设计至关重要，它需要经过仔细的思考和分析。回授电路设计不当会引入不良反馈路径，这些路径若未被发现可能会对电路设计造成损害。TL431与光耦合器是电源转换器设计中常用的组合，但若不谨慎设计，它们的组合可能会给工程师带来很多麻烦。设计人员在设计时容易落入的误区，以及这些误区可能导致的问题，将在本文进行详细探讨。 TL431是一种精密可调的三端分流稳压器，广泛用于开关电源的反馈控制电路中。光耦合器是一种电子元件，它使用光信号来隔离两个电路，从而保护被控电源免受过压、过流、瞬态干扰等问题。TL431与光耦合器组合使用时，它们各自有不同的特性和作用，需要精确配合才能保证电路的稳定性和性能。 在典型的TL431回授电路中，R1与R2构成的电阻分压器在输出电压达到目标值时，接点电压刚好等于TL431的内部参考电压。R3及电容C1与C2为TL431提供所需的回授电路补偿，以稳定控制回路。回路增益值确定后，可以计算这些元件值并将它们组合在一起。 回路增益值的计算是回授电路设计的关键之一。TL431电路的增益公式可以表示为一系列参数的函数，这些参数包括电阻值、电容值以及角速度ω。而光耦合器的回路增益由R6与R4的比值以及光耦合器的电流转换比（CTR）决定。设计者必须知道CTR值才能计算光耦合器的增益。 在设计中，控制到输出增益（control-to-output gain）和开回路增益（open-loop gain）是两个重要的概念。控制到输出增益通常在特定频率下要达到预定的增益值，这是由电源转换器的增益元素相乘得到的结果。开回路增益需要在低于开关频率的六分之一处跨过0dB，大多数设计人员会留出适当的元件公差，而另一些人会将跨点设计在大约该频率的十分之一处。 设计人员根据控制到输出增益的增益值，可以确定TL431回授电路和光耦合器的增益，使其等于增益值的倒数。回授电路的元件R1、R2、R3、R4、R6、C1和C2的选择会影响电路的响应特性。如果TL431的电路增益必须超过20dB，通过选择合适的R3电阻和C1、C2电容，就可以确定TL431增益曲线。此时可以忽略增益方程中的+1项，因为它相对于TL431的增益来说很小。 为了简化设计，可以假设R4等于R6，并选择电流转换比等于100的光耦合器，使得通过LED的每个毫安培电流都会使晶体管输出1个毫安培电流。为了使10kHz的增益值等于10（或-20dB），R3必须是R1的10倍。设计人员需确保在0dB点后TL431增益曲线逐渐下滑，并根据设计要求选择C2的20kHz阻抗值等于R3，以及选择1kHz阻抗值等于R3的C1值。 图3展示了控制到输出、TL431和总系统回路增益的频率关系图。在理想情况下，总回路增益在10kHz处跨过0dB，且每10倍频的增益斜率保持为20dB，提供所需相位边限。然而，在实际应用中，可能会遇到与理想设计不符的情况。设计人员需要考虑到这种情况，并针对实际情况进行相应的调整和优化。 在实际应用中，TL431感测到的信号同时也会出现在为光耦合器提供电流的电压源上，这就是所谓的“隐藏回路”。TL431增益值降到0dB以下时，它会变成一个稳定的电压，但电压源上的任何信号仍会通过光耦合器在电流上产生信号。这对于设计人员来说意味着需要在设计中考虑这个因素，并做出适当的调整。 本文详细探讨了开关电源中TL431与光耦合器回授电路的设计方法和潜在问题，提供了设计人员在进行电路设计时需要考虑的关键因素，如增益计算、频率响应、元件选择和潜在的设计陷阱等，帮助他们避免设计中常见的错误，从而提高电源转换器的性能和可靠性。