正確偏置TL431的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　眾所周知，TL431在開關(guān)電源(SMPS)反饋環(huán)路中是參考電壓。該器件結(jié)合了參考電壓與集電極開路誤差放大器，具有操作簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。雖然TL431已在業(yè)內(nèi)被長期廣泛采用，但一些設(shè)計(jì)人員仍會(huì)忽略它的偏置電流，以致在無意間降低產(chǎn)品的最終性能。

　　TL431的簡(jiǎn)化電路圖如圖1所示，圖中包括了驅(qū)動(dòng)NPN 晶體管的參考電壓和誤差放大器，在該封閉的電源系統(tǒng)中，一部分輸出電壓一直與TL431的Vref(參考電壓)進(jìn)行比較。

　　圖1 TL431等效電路圖

　　圖2 SMPS簡(jiǎn)化直流模型(不考慮輸入波動(dòng))

　　轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化直流模型如圖2所示，Vout與Vref通過受傳輸率影響的電阻分壓器進(jìn)行比較，可得到輸出電壓的理論值為Vref/α。然而，整個(gè)增益鏈路和各種阻抗均會(huì)影響輸出電壓，如下式所示，其中每個(gè)希臘字母均表示一個(gè)增益，RSOL表示開環(huán)輸出阻抗。

　　Vout=(Vref-α×Vout) ×β×G- RSOL×Vout / RL (1)

　　Vout= Vref×β×G/(1+α×β×G+ RSOL / RL) (2)

　　靜態(tài)誤差=Vref/α- Vout= Vref×(RSOL+ RL)/ [α×(RSOL+α×β×G×RL+RL)] (3)

　　從式(3)中可看出，增大增益的值有助減小靜態(tài)誤差，提高輸出電壓精度。受增益環(huán)路影響的另一個(gè)重要參數(shù)是輸出阻抗，系統(tǒng)的輸出阻抗可用不同的計(jì)算方法得出。任何發(fā)生器均可簡(jiǎn)化為它的Thevenin等效，即一個(gè)電壓電源Vth (空載時(shí)測(cè)得的Vout，即令式2中的RSOL / RL =0)與一個(gè)輸出阻抗Rth的串聯(lián)電路。設(shè)當(dāng)負(fù)載電阻RL為閉環(huán)輸出阻抗Rth時(shí)，輸出電壓Vout可減小至Vth/2，以此來計(jì)算輸出阻抗Rth，也可將其表示為RSCL。令Vth/2 = Vout求RSCL，由式(2)可得：

　　Vref×β×G/(1+α×β×G)/2=Vref×β×G/(1+α×β×G+ RSOL/Rth) (4)

　　RSCL = RSOL/(1+α×β×G) (5)

　　由式(5)可得出如下結(jié)論：

　　如果直流誤差放大器的增益較大，且DC 較高，則RsCL接近于零；

　　由于對(duì)反饋返回路徑進(jìn)行了補(bǔ)償，所以，當(dāng)增益隨頻率增大而減小時(shí)，RSCL開始增大。阻抗模塊隨頻率增大而增大，說明該阻抗類似于電感；

　　當(dāng)增益降至零時(shí)，系統(tǒng)輸出阻抗與無反饋時(shí)的阻抗相同，均為RSOL。此時(shí)，系統(tǒng)開環(huán)工作。

　　因此，為了減小靜態(tài)誤差，并降低轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)輸出阻抗，大多數(shù)SMPS 設(shè)計(jì)人員會(huì)在設(shè)計(jì)中保持較大的直流增益值。這里的直流增益由TL431提供，可以采用如圖3所示的純積分器配置進(jìn)行連接。

　　圖3 使用傳統(tǒng)的分流穩(wěn)壓器配置連接TL431