隔離式電源的補(bǔ)償

在TL431反饋網(wǎng)絡(luò)中組件值的效果并不明顯，但如果您了解傳遞函數(shù)背后的基本方程，您就能快速補(bǔ)償隔離式電源。

如果您曾設(shè)計(jì)過隔離式開關(guān)電源，那么您可能已經(jīng)意識(shí)到補(bǔ)償隔離式電源比補(bǔ)償非隔離式電源更復(fù)雜。包含TL431與光耦合器的隔離式電源很復(fù)雜，因?yàn)檫@種電源的電路中有兩個(gè)反饋環(huán)路。

雖然許多論文已談及這個(gè)話題，但沒有多少資源簡(jiǎn)要說明過您該如何選擇電阻器和電容器值來形成補(bǔ)償和總環(huán)路響應(yīng)。簡(jiǎn)單的解決之道是借助齊納鉗位電路消除內(nèi)部環(huán)路。然而，這卻不必要地增加了組件數(shù)量。稍稍了解一下基本方程，在TL431周圍選擇補(bǔ)償值就能像補(bǔ)償降壓電路一樣易如反掌。

圖1展示了反饋系統(tǒng)。內(nèi)部反饋環(huán)路是由上拉電阻器（R1）形成的。該環(huán)路通常被稱為快速環(huán)路，因?yàn)檩敵鲋械娜魏挝_均可立即影響該路徑中的光耦合器電流。外部環(huán)路是通過電阻器分壓器和TL431補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)的返回路徑。這是速度較慢的環(huán)路，因?yàn)樵摥h(huán)路中的補(bǔ)償組件會(huì)影響輸出電壓的響應(yīng)。

圖1：這種常見的TL431電路包含兩個(gè)反饋路徑。

首先，讓我們考慮一下簡(jiǎn)單的積分電路是什么樣子。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們只需在自己的電路中將R4設(shè)置成零歐姆。所得的傳遞函數(shù)和增益坐標(biāo)圖（從“輸出電壓”到“反饋”）如圖2所示。有趣的是，我們有一個(gè)DC極點(diǎn)和一個(gè)由R3和C1形成的零點(diǎn)。由于內(nèi)部環(huán)路的存在，零點(diǎn)有些反直觀。頻率高于這個(gè)零點(diǎn)時(shí)，增益只等于兩個(gè)電阻器（R6和R1）的比乘以光電耦合器的電流傳輸比（CTR）。頻率在10kHz以上時(shí)，光電耦合器帶寬會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)可限制增益的極點(diǎn)。

圖2：在TL431周圍集成電容器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)

請(qǐng)注意，無法通過在TL431周圍改變組件值把增益帶出電路。這種限制在具有低輸出電壓的電源中（功率級(jí)增益往往很高）會(huì)成為一個(gè)問題。我們可以改變R6和R1的比來減小增益，但這些電阻通常由光耦合器所需的電流量來決定。如果設(shè)備中增益太大，通過添加與R6并聯(lián)的電容器和電阻器最容易減小增益。這就形成了一個(gè)極點(diǎn) — 零點(diǎn)對(duì)，該極點(diǎn) — 零點(diǎn)的頻率必須設(shè)置得遠(yuǎn)低于整個(gè)環(huán)路的交叉頻率。

現(xiàn)在，當(dāng)我們?cè)O(shè)置R4時(shí)會(huì)發(fā)生什么？所得的增益和傳遞函數(shù)如圖3所示。增益坐標(biāo)圖的總體形狀是不變的，但R4的值可影響零點(diǎn)的位置。此外，頻率高于零點(diǎn)頻率時(shí)，R4還會(huì)影響增益。該增益按（R3 + R4）/R3這一比例增加。這就為我們提供了向環(huán)路添加中頻帶增益的方法（如果需要的話）。

圖3：添加一個(gè)電阻器會(huì)增加中頻帶增益

作為一個(gè)實(shí)際的例子，請(qǐng)考慮一下具有220uF輸出電容器的電流模式12V/12W反激式電路，其中設(shè)備具有最大負(fù)載時(shí)的增益和相位特點(diǎn)（圖4）。該坐標(biāo)圖對(duì)應(yīng)的是從反饋節(jié)點(diǎn)到電源輸出端的傳遞函數(shù)。在這個(gè)系統(tǒng)中，我們所用光耦合器的CTR大約為1，而R1和R6均為1kΩ。因此，用算式CTR*（R6/R1）計(jì)算出的有效增益為0dB，而且在這個(gè)例子中，這些參數(shù)對(duì)補(bǔ)償增益沒有影響。

圖4：待補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備

我們希望增加中頻帶增益，這樣我們就能穿過頻率接近5kHz的環(huán)路。這可以拓寬我們的帶寬，還能保證交叉頻率遠(yuǎn)低于極點(diǎn)（由光耦合器產(chǎn)生）頻率。我們用10Ω的電阻器作為我們反饋分頻器中的R3。用（R4+R3）/R3這一比值可增加大約16dB的增益，意味著我們應(yīng)該將R4的值大約設(shè)置成50Ω。最后，當(dāng)頻率為60Hz時(shí)我們要選擇C1來設(shè)置零點(diǎn)，以便取消功率級(jí)的極點(diǎn)。使用圖3中的方程，C1大概應(yīng)是0.047uF。所得補(bǔ)償環(huán)路如圖5所示。我們正在穿過頻率為4kHz、相位裕度幾乎為80度的環(huán)路。當(dāng)頻率在20kHz以上時(shí)，您可以看到光耦合器極點(diǎn)在發(fā)揮奇效，開始影響增益和相位。

圖5：被補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路

總之，在TL431反饋網(wǎng)絡(luò)中組件值的效果并不明顯。但如果您理解了傳遞函數(shù)背后的基本方程，您就能快速補(bǔ)償隔離式電源。通過一些實(shí)踐，它可以變得像補(bǔ)償簡(jiǎn)單降壓電路一樣輕而易舉。

關(guān)于作者

Brian King是德州儀器（TI）電源組的應(yīng)用工程師，也是技術(shù)骨干團(tuán)隊(duì)的高級(jí)成員。King還是電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的會(huì)員，并擁有阿肯色州大學(xué)授予的電氣工程學(xué)士學(xué)位（BSEE）和電氣工程碩士學(xué)位（MSEE）。