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快速确定反馈回路的参数--开关电源!

2020-04-21 08:20 来源:互联网 编辑:Susan

引言

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

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

PC817的基本参数如下表:

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

二、可调并联稳压器

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

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。如图2 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。

显见,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。

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

图2

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:

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

图3

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

图4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。

快速确定反馈回路的参数--开关电源!

图4

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。

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