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开关电源：TL431与光耦组成的电压反馈电路

2022-11-22 08:00:00

5688 开关电源

开关电源最基本的要求是输入电压变化时，输出电压保持恒定，而与此相关的测试如电压调整率、负载调整率等也是衡量开关电源性能的重要指标，实现输出电压恒定的方式是反馈，即输出电压的改变可以反馈至电源管理芯片FB脚(feedback)，再通过调节开关管的脉宽实现输出电压动态平衡。

绝大多数开关电源都是使用TL431与光耦组成的反馈电路，非常经典，也应用了很多年。它的优点是精度能满足大多数场合要求，成本低，环路稳定成熟。

箭头所指框内就是TL431与光耦组合

在分析反馈电路之前，先来了解一下TL431的工作原理，TL431内部是一个十分复杂且细致的晶体管电路，电路符号与等效电路如下：

由图可知：TL431内部主要包括2.5V基准源、误差放大器、三极管等。

2.5V的基准电压接在误差放大器的反相输入端，参考电压接在同相输入端，误差放大器的输出端接三极管。注意这里是误差放大器而不是比较器，所谓误差放大器，是通过比较反馈电压与基准电压的差值来产生误差电压，进而调节晶体管的压降。这里晶体管工作在线性区而不是饱和区。

上图为TL431的典型接法，通过配置不同的R1 和R2 的值可以得到从2.5V 到36V 范围内的任意电压输出（Vo＜Vin），输出电压公式：Vout = (R1+R2)*2.5/R2，特别地，当R1=R2 时，Vo=5V。另外，如此应用需要注意两点，一是在选择电阻时必须保证TL431 工作的必要条件，即通过阴极的电流要大于1 mA 。二是这个电路输出电压只能作为作为参考电压，不能用作电源带负载。

开关电源的稳压反馈通常都使用TL431 和PC817，如输出电压要求不高，也可以使用稳压二极管和PC817，下面以典型应用图来分析动态过程。

首先明确两个问题：①此处光耦主要起到两个作用：反馈和隔离。

②这里应用的光耦为线性光耦(普通光电耦合器只能传输数字信号，不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。

动态过程分析：

Vo输出电压增大→TL431参考极电压增大→TL431阴极与阳极压降降低、电流增大→光耦初级电流增大→光耦次级电流增大→FB脚电压升高→电源管理芯片降低MOS管的占空比→Vo输出电压减小。反之亦然，如此保障输出电压平稳。

参数选择：

①R1和R2配置输出电压，取值过小，待机功耗过大，取值过大，无法满足TL431 参考输入端电流要求，一般R1取值几K，R2取值在几K到几十K。

②C1与R4串接于TL431控制端和输出端，用来压制低频(100Hz)纹波和提高输出调整率。

③R5的作用是对TL431额外注入一个电流，避免TL431因注入电流过小而不能正常工作，实际上如适当选取电阻值R3，电阻R5可以省略。