必看,猝不及防的玄妙!開關(guān)電源快速確定反饋回路的參數(shù)
發(fā)布時(shí)間:2020-04-23 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】開關(guān)電源反饋回路主要由光耦(如PC817)、電壓精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器(如TL431)等器件組成。要研究如何設(shè)計(jì)反饋回路,首先先要了解這兩個(gè)最主要元器件的基本參數(shù)。
引言
開關(guān)電源反饋回路主要由光耦(如PC817)、電壓精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器(如TL431)等器件組成。要研究如何設(shè)計(jì)反饋回路,首先先要了解這兩個(gè)最主要元器件的基本參數(shù)。
一、光耦
PC817的基本參數(shù)如下表:
二、可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器
由TL431的等效電路圖可以看到,Uref是一個(gè)內(nèi)部的2.5V 基準(zhǔn)源,接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知,只有當(dāng)REF 端(同相端)的電壓非常接近Uref(2.5V)時(shí),三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過,而且隨著REF 端電壓的微小變化,通過三極管VT的電流將從1 到100mA 變化。
當(dāng)然,該圖絕不是TL431 的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu),所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431 的電路時(shí),這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路,理解電路都是很有幫助的。
前面提到TL431 的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V 的基準(zhǔn)電壓,所以當(dāng)在REF 端引入輸出反饋時(shí),器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流,控制輸出電壓。如圖2 所示的電路,當(dāng)R1 和R2 的阻值確定時(shí),兩者對(duì)Vo 的分壓引入反饋,若Vo 增大,反饋量增大,TL431 的分流也就增加,從而又導(dǎo)致Vo 下降。
顯見,這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在Uref等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定,此時(shí)Vo=(1+R1/R2)Vref。
圖2
選擇不同的R1 和R2 的值可以得到從2.5V 到36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出,特別地,當(dāng)R1=R2 時(shí),Vo=5V。需要注意的是,在選擇電阻時(shí)必須保證TL431 工作的必要條件,就是通過陰極的電流要大于1 mA 。
了解了TL431和PC817的基本參數(shù)后,來看實(shí)際電路:
圖3
反饋回路主要關(guān)注R6、R8、R13、R14、C8這幾個(gè)器件的取值。
首先來看R13。R13、R14是TL431的分壓電阻,首先應(yīng)先確定R13的值,再根據(jù)Vo=(1+R14/R13)Vref 公式來計(jì)算R14的值。
1.確定R13、R14取值
確定R13的值考慮以下兩個(gè)條件:
①TL431 參考輸入端的電流,一般此電流為2uA 左右,為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響,一般取流過電阻R13 的電流為參考段電流的100 倍以上,所以此電阻要小于2.5V/200uA=12.5K。
②考慮到待機(jī)功耗及瞬態(tài)響應(yīng),若取值太小,則通過的電流大,根據(jù)P=I2R公式,待機(jī)功耗大;若取值太大,則通過的電流小,反饋回路瞬態(tài)響應(yīng)將受到影響。故,R13在滿足條件1的情況下盡量取中間值或大于中間值。
本設(shè)計(jì)為5V/1.5A適配器設(shè)計(jì),R13取5.6K,理論上要得到5V輸出,R13與R14值相等即可,但考慮適配器實(shí)際應(yīng)用存在線損,故選R14值略大于R13,取6.2K。
計(jì)算得:Vo=(1+6.2/5.6)*2.5=5.26V,結(jié)合使用的輸出線規(guī)格及線損,在輸出滿載情況下,線末端能夠得到5V電壓。
2.確定R6、R8取值
由輸出為5V知a點(diǎn)電壓略高于5V,取5.3V
圖4為TL431內(nèi)部電路圖,由圖中可知,K端與R端相差一個(gè)PN節(jié)(即三極管工作在飽和狀態(tài)時(shí),K端將比R端電壓高0.7V(硅管)),當(dāng)開關(guān)電源工作時(shí),下圖中的Q1將工作在放大模式,根據(jù)三極管的放大特性,K端電壓將比R端電壓至少大0.7V,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),K端電壓比R端電壓高1.5V~1.7V,即圖3中的c點(diǎn)電壓比d點(diǎn)電壓高1.5V~1.7V,d點(diǎn)電壓為TL431基準(zhǔn)電壓,為2.5V,則c點(diǎn)電壓為4V~4.2V。
圖4
由光耦參數(shù)表可知,發(fā)光二極管正向壓降為0.8~1.4V(取1V,IF為3~5mA時(shí)),這樣可得b點(diǎn)電壓為5V~5.2V
由上述條件,我們已經(jīng)計(jì)算出圖2中
a點(diǎn)電壓為5.3V;
b點(diǎn)電壓為5~5.2V(取5.1V);
c點(diǎn)電壓為4~4.2V(取4.1V);
d點(diǎn)電壓為2.5V;
由發(fā)光二極管參數(shù)知,IF<50mA,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),IF一般取3mA。R8電阻是為TL431提供死區(qū)電流而設(shè)計(jì)的,查閱TL431參數(shù)知,要保證工作正常,TL431的Ika需大于1mA,小于100mA,一般取3~5mA。計(jì)算得R6=(5.3V-5.1V)/3~5mA =40Ω~67Ω。本設(shè)計(jì)取56R。R8<(1.2V/1mA)=1.2K,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般取1K或470Ω
3.確定C8取值
有的電路設(shè)計(jì)中為提升低頻增益,用一個(gè)電阻和一個(gè)電容串接于TL431控制端和輸出端,來壓制低頻(100Hz)紋波和提高輸出調(diào)整率,即靜態(tài)誤差,目的就是提升相位,要放在帶寬頻率的前面來增加相位裕度,具體位置要看其余功率部分在設(shè)計(jì)帶寬處的相位是多少,電阻和電容的頻率越低,其提升的相位越高,當(dāng)然最大只有90 度,但其頻率很低時(shí)低頻增益也會(huì)減低,一般放在帶寬的1/5 初,約提升相位78 度。根據(jù)計(jì)算,一般選用104電容或104電容與1K電阻串聯(lián)。(具體計(jì)算比較復(fù)雜)
以上數(shù)據(jù)僅為理論計(jì)算,具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況進(jìn)行微調(diào)處理。
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