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TL431在反馈回路的应用

我相信这篇文章,对许多人有用.就捡重点该大家翻译了.原作者:Ray Ridley

TL431内部有较好的参考电压和运放,成为工业界减少控制回路成本的好方法.
本文是有关TL431的反馈回路设计.

1. 通常放大器反馈

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715013.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
如图1,由运放和参考构成的电路(在非隔离电路通常由脉宽控制器提供)2型补偿网络.适用于被多数工程师采用的电流模控制.
低频增益由R1 C1提供.数倍低于带宽的频率有一个零点,中频带增益由R2比R1决定.根据功率部分特性确定的高频段,电路又是积分形式,增益由R1C2决定.
波特图如下:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715072.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
用TL431实现分立器件的功能没什么不同.如图2.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715128.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
区别是1. R5上拉电阻(提供足够电流).2. 431电路驱动能力不强,但输出接高阻抗,工作很好.
也是一个2型补偿网络.

******图太多,不贴了,详细的见pdf file.*******************

2. TL431 隔离应用
图3是隔离的应用.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715167.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5; Vo 决定.(图2传函与R5,Vo无关).C3代表光耦输出电容和频响rolloff.图3也是一个2型补偿网络.
A. 低频段:

TL431放大器由C1R1构成的积分器的增益高,是补偿网络的主导.
图4a给出低频等值电路
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715882.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

B. 中频段:

TL431积分器达到单位增益,超过这点,积分器输出减弱.然而总有Vo通过R5流过光耦提供增益(它是中频段的主导).图5给出中频等值电路.交越频率在中频段,设计R5达到想要的交越频率.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715912.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

C. 高频段:

高频段遇到光耦自身的极点(由图6a中C3代表).图6b显示光耦增益的折点.好的光耦能到10k.然而折点是偏值电流的函数.大电流对应高带宽.在额定电流下取小R5.(有些R5被集成在控制器中不易改变).
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715944.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106715959.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

D. 合成:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106716019.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
将低中高频合成,还是一个2型补偿网络.
见到许多电路用TL431作为稳压管,没有在低频得到好处(R1C1). 由于理解不好和没有测量验证,导致坏的瞬态响应和负载调整率.

3. TL431 回路测量

测量闭环频响特性电路如图8,也可以在C点测量.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106716053.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
4. 二级滤波
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106716092.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
在要求低噪声的应用中用二级滤波,如图9.R5在滤波电感前,另一路通过积分器,在滤波电感后.如果二级滤波谐振是衰减的并且谐振频率超过补偿网络的第一个零点(TL431的单位增益频率),则电路稳定.这是一个非常有用有趣的电路.二级滤波额外的相位延迟和极点通过积分器直接在回路中显示出来,但当TL431增益的小于单位增益时(超过全部补偿的零点时)这不改变回路的响应.
在R6的反馈支路,有一个扰动,这个扰动依赖于二级滤波谐振的衰减,但相位和没有二级滤波一样.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/25/1106716124.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
二级滤波回路的测试是一个问题,在C点测量是一个选择,但由于原边的高电压和测试困难(这不是主要的,主要的是C点的阻抗高),可以把电感短路(但要保证谐振频率超过补偿网络的第一个零点),在输出端如图8测量.

5. 总结
如果输出电压足够高TL431是一个好的选择.如果光耦隔离,按本文的建议就可以得到大致好的设计.(如果是正规的设计公司和要成为高手,一定要有测量仪器,手段.)

1106712966.pdf
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2005-01-26 12:24
不知道怎么搞的贴图,贴出那么多空白,谁能帮我把空白删了.
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2005-01-26 12:31
@feelbetter
不知道怎么搞的贴图,贴出那么多空白,谁能帮我把空白删了.
你自己进入编辑就可以删了
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drill
LV.5
4
2005-01-26 12:52
好,我正需要,感谢谢
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2005-01-26 12:55
@drill
好,我正需要,感谢谢
与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5; Vo 决定.(图2传函与R5,Vo无关).C3代表光耦输出电容和频响rolloff.图3也是一个2型补偿网络.
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2005-01-26 12:56
@电源柯南
你自己进入编辑就可以删了
多谢!  改好了一点.
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drill
LV.5
7
2005-01-26 12:57
@feelbetter
与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5;Vo决定.(图2传函与R5,Vo无关).C3代表光耦输出电容和频响rolloff.图3也是一个2型补偿网络.
图3里,R5电阻如何计算?
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2005-01-26 13:10
@drill
图3里,R5电阻如何计算?
然而折点是偏值电流的函数.大电流对应高带宽.在额定电流下取小R5.(有些R5被集成在控制器中不易改变).
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阿客东
LV.5
9
2005-02-11 12:31
如何用相关仪器测量补偿网络?
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feelbetter
LV.6
10
2005-02-12 11:32
@阿客东
如何用相关仪器测量补偿网络?
我用Frequency Response Analyzer.详细的资料见:http://www.ridleyengineering.com/analyzer.htm

要注意的是注入扰动信号的点要是低阻抗.

不但可测回路特性,还可做许多用途.如:输入,输出阻抗,输入扰动抑制比,输出扰动对原端的干扰等.
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luyongq
LV.7
11
2005-02-12 12:58
TL431 内部不是这样的吗?
怎么被画成了那个样子了!500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/26/1108184304.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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feelbetter
LV.6
12
2005-02-12 13:15
@luyongq
TL431内部不是这样的吗?怎么被画成了那个样子了![图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/26/1108184304.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.
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luyongq
LV.7
13
2005-02-12 21:44
@feelbetter
你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.
输入端是一样的没错了,但是输出呢?
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feelbetter
LV.6
14
2005-02-12 23:07
@luyongq
输入端是一样的没错了,但是输出呢?
输入端你画的接+,文中的接-,不一样.
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luyongq
LV.7
15
2005-02-13 00:04
@feelbetter
输入端你画的接+,文中的接-,不一样.
那个不是我画的,那个是网上下载的PDF文档里抓出来的图!
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terryps
LV.2
16
2005-02-17 10:11
@feelbetter
输入端你画的接+,文中的接-,不一样.
能不能把那个英文原件传上来啊,提前谢谢啊!
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feelbetter
LV.6
17
2005-02-17 10:40
@terryps
能不能把那个英文原件传上来啊,提前谢谢啊!
上传太慢,先传一半.
1108637634.rar
1108637900.rar1108638073.rar
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feelbetter
LV.6
18
2005-02-17 10:43
@feelbetter
上传太慢,先传一半.1108637634.rar1108637900.rar1108638073.rar
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feelbetter
LV.6
19
2005-02-17 11:02
@terryps
能不能把那个英文原件传上来啊,提前谢谢啊!
改了格式,压缩了.
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小虫
LV.5
20
2005-07-15 14:12
@feelbetter
你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.
“你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.”这句话我不好理解,TL431官方资料上图的确是如LuYongq所画,lwzss的资料的意思是反相输入,为负反馈,而实际按TL431官方资料来讲这是正相端输入,为正反馈!这不是自相矛盾吗?实际的很多例子计算也是按照负反馈来计算,我一直对此很百思不得其解!希望lwzss指点~!
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2005-07-15 16:34
@feelbetter
你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.
第2脚接地比较常见吧
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2005-07-15 16:39
@小虫
“你仔细把小信号的同相端画一下,都是一样的.”这句话我不好理解,TL431官方资料上图的确是如LuYongq所画,lwzss的资料的意思是反相输入,为负反馈,而实际按TL431官方资料来讲这是正相端输入,为正反馈!这不是自相矛盾吗?实际的很多例子计算也是按照负反馈来计算,我一直对此很百思不得其解!希望lwzss指点~!
LuYongq的那张图多了个共射的三极管,那么反馈的信号是不是需要加个“-”呢?如果是的话两个就一致了.
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小虫
LV.5
23
2005-07-18 16:25
@云逸天涯
LuYongq的那张图多了个共射的三极管,那么反馈的信号是不是需要加个“-”呢?如果是的话两个就一致了.
呵呵!谢谢
那个C3是光藕的输出寄生电容还是外加电容?!
还有二级滤波那段话我还不太明白,可以详细解释下吗?尤其是图9,既然有了二级滤波,而且也图上显示已产生了fliter corner,为什么合成的增益曲线上和没有二级滤波的还是一样呢?
有没有用431隔离的电源的反馈详细资料,我找了好久没结果,cmg的那篇中间有很多关键问题省略了!
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feelbetter
LV.6
24
2005-07-20 09:20
@小虫
呵呵!谢谢那个C3是光藕的输出寄生电容还是外加电容?!还有二级滤波那段话我还不太明白,可以详细解释下吗?尤其是图9,既然有了二级滤波,而且也图上显示已产生了flitercorner,为什么合成的增益曲线上和没有二级滤波的还是一样呢?有没有用431隔离的电源的反馈详细资料,我找了好久没结果,cmg的那篇中间有很多关键问题省略了!
C3是光耦的输出寄生电容包括外加非常小的滤波电容.


在中频段,注入小信号经过filter被衰减,在光耦的2脚,呈现直流,那么中频段由 R5决定.
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小虫
LV.5
25
2005-07-20 12:57
@feelbetter
C3是光耦的输出寄生电容包括外加非常小的滤波电容.在中频段,注入小信号经过filter被衰减,在光耦的2脚,呈现直流,那么中频段由R5决定.
谢谢!那你看我的这种理解对吗?
零点为f=1/2*3.14*R1*C1
极点为f=1/2*3.14*R5*C3
从图上看极点在10K处就开始产生了!
我设计100K的开关电源,想让它的极点产生大于40K,而且减小R5是不可能的,怎么办?
我设计的反击电流型开关电源(3842)的反馈是当C1很小时,轻载有很大的低频纹波,大概100Hz左右.当加到C1为1UF时,纹波消失!
怎么回事?
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feelbetter
LV.6
26
2005-07-20 19:55
@小虫
谢谢!那你看我的这种理解对吗?零点为f=1/2*3.14*R1*C1极点为f=1/2*3.14*R5*C3从图上看极点在10K处就开始产生了!我设计100K的开关电源,想让它的极点产生大于40K,而且减小R5是不可能的,怎么办?我设计的反击电流型开关电源(3842)的反馈是当C1很小时,轻载有很大的低频纹波,大概100Hz左右.当加到C1为1UF时,纹波消失!怎么回事?
如果,写出传递函数.分子上的是零点.分母上的是极点.

如果,想得到高的带宽(光耦的转折频率),可在光耦电路(也许是COSCODE 电路)做些改进.

C1的增加,增益降低,可是回路得到更多的相位欲度.但100Hz,更象整流后的输入文波,先查一下PWM控制器附近的干扰.
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小虫
LV.5
27
2005-07-21 10:45
@feelbetter
如果,写出传递函数.分子上的是零点.分母上的是极点.如果,想得到高的带宽(光耦的转折频率),可在光耦电路(也许是COSCODE电路)做些改进.C1的增加,增益降低,可是回路得到更多的相位欲度.但100Hz,更象整流后的输入文波,先查一下PWM控制器附近的干扰.
谢谢!
实际上我现在开始怀疑这篇文章的传函数了!
因为与2型最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流Id
△Id =[△Vo+(1/SC1R1)* △Vo]/R5
△Ve=△Id*R4
传函数为:
△Ve/△Vo=[1+(1/SC1R1) ]*R4/R5(设K=1)
我用PSPICE做了 仿真波形与老兄的图完全不一致!
现在正在想用MATLAB直接把此函数仿真出来验证我的用语PSPICE 仿真的电路图有没有问题!你的MATLAB水平如何,把此函数仿真出来让我看看
1121915183.pdf
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小虫
LV.5
28
2005-07-22 13:25
@feelbetter
如果,写出传递函数.分子上的是零点.分母上的是极点.如果,想得到高的带宽(光耦的转折频率),可在光耦电路(也许是COSCODE电路)做些改进.C1的增加,增益降低,可是回路得到更多的相位欲度.但100Hz,更象整流后的输入文波,先查一下PWM控制器附近的干扰.
今天我用MATLAB仿了一下“△Ve/△Vo=[1+(1/SC1R1) ]*R4/R5(设K=1)”
这个函数得出的结论是第一个函数和第二个函数的合成波德图!我的意思是我的PSPICE模型可能错了!原作者起码在低频和中频的数学模型没有错误
sorry!!!
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2005-07-22 14:25
@小虫
今天我用MATLAB仿了一下“△Ve/△Vo=[1+(1/SC1R1)]*R4/R5(设K=1)”这个函数得出的结论是第一个函数和第二个函数的合成波德图!我的意思是我的PSPICE模型可能错了!原作者起码在低频和中频的数学模型没有错误sorry!!!
matlab怎样仿真呢?朋友你有没有相关的资料介绍给我学习下~这方面很想学习学习~
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feelbetter
LV.6
30
2005-07-23 11:22
@小虫
今天我用MATLAB仿了一下“△Ve/△Vo=[1+(1/SC1R1)]*R4/R5(设K=1)”这个函数得出的结论是第一个函数和第二个函数的合成波德图!我的意思是我的PSPICE模型可能错了!原作者起码在低频和中频的数学模型没有错误sorry!!!
好!有研究问题的精神,有机会多讨论.
以后,我打算把各种典型的控制方法及电路,说清楚,写出程序来(mathcad).
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小虫
LV.5
31
2005-07-23 13:33
@feelbetter
好!有研究问题的精神,有机会多讨论.以后,我打算把各种典型的控制方法及电路,说清楚,写出程序来(mathcad).
呵呵!其实我在公司比较轻松,就下载一些各种英文资料阅读!自己设计了一个反激电源光在TL431+PC817这块我研究了近半年多!在我看来反馈是最难的了,我们公司就一台20M模拟示波器,输出低频振荡都看不见,实在难以下手,就硬啃理论了!
帮我看看http://bbs.dianyuan.com/topic/12151这里的这个问题,OK?
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