PC817與TL431的配合電路探討

TL431是一種精密穩(wěn)壓源，而PC817是一種光電耦合器件。在開關(guān)電源當(dāng)中，對穩(wěn)壓反饋電路的設(shè)計通常會使用TL431和PC817來配合進(jìn)行。在反激電源設(shè)計當(dāng)中，反饋電路常常使用它們來作為參考。所以這兩者的配合總是工程師們津津樂道的話題，本篇文章來自于論壇技術(shù)達(dá)人，借助TOPSwicth的典型應(yīng)用，來說明TL431和PC817的配合問題。

首先，先來看一下基于TOPSwicth的，TL431和PC817配合使用電路圖。

圖1 TL431和PC817配合使用電路圖

接下來，以圖1為參考，將對電路圖當(dāng)中的各項參數(shù)進(jìn)行分析和講解。想要弄明白兩者之間的關(guān)系，就首先要確定圖1中TL431部分里，R1、R3、R5、R6這四項參數(shù)的數(shù)值。設(shè)輸出電壓為Vo，輔助繞組整流輸出電壓為12V。該電路利用輸出電壓與TL431構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓比較，通過光電耦合器PC817的電流變化去控制TOP管的C極，從而改變PWM寬度，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因為被控對象是TOP管，因此首先要搞清TOP管的控制特性。從TOPSwicth的技術(shù)手冊可知，流入控制腳C的電流Ic與占空比D成反比關(guān)系，如圖2所示。

Ic的電流應(yīng)在2-6mA之間，PWM會線性變化，因此PC817三極管的電流Ice也應(yīng)在這個范圍變化。而Ice是受二極管電流If控制的，通過PC817的Vce與If的關(guān)系曲線(如圖3所示)，可以正確確定PC817二極管正向電流If。從圖3可以看出，當(dāng)PC817二極管正向電流If在3mA左右時，三極管的集射電流Ice在4mA左右變化，而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化，符合TOP管的控制要求。

圖3 PC817集射電壓Vce與正向電流IF的關(guān)系

因此可以確定選PC817二極管正向電流If為3mA。再看TL431的要求，從TL431的技術(shù)參數(shù)可知，Vka在2.5V-37V變化時，Ika可以在1mA到100mA內(nèi)很大范圍的變化，一般選20mA即可，既可以穩(wěn)定工作，又能提供一部分死負(fù)載。不過對于TOP器件因為死負(fù)載很小，只選3-5mA左右就可以了。

上面的幾個關(guān)系很重要，有它們的鋪墊，文章開頭我們提到的那幾個電阻數(shù)值就比較容易確定了。根據(jù)TL431的性能，R5、R6、Vo、Vr有固定的關(guān)系：Vo=(1+ R5/R6) Vr

在式中，Vo為輸出電壓、Vr為參考電壓、Vr=2.50V，先取R6一個值，例如R6=10k，根據(jù)Vo的值就可以算出R5了。

再來確定R1和R3。由前所述，PC817的If取3mA，先取R1的值為470Ω，則其壓降為Vr1=If* R1，由PC817技術(shù)手冊知，其二極管的正向壓降Vf典型值為1.2V，則可以確定R3上的壓降Vr3=Vr1+Vf，又知流過R3的電流Ir3=Ika-If，因此R3的值可以計算出來： R3=Vr3/Ir3= (Vr1+Vf)/( Ika-If)

根據(jù)以上計算可以知TL431的陰極電壓值Vka，Vka=Vo’-Vr3，式中Vo’取值比Vo大0.1-0.2V即可，舉一個例子，Vo=15V，取R6=10k。R5=(Vo/Vr-1)R6=(12/2.5-1)*10=50K;取R1=470Ω，If=3mA、Vr1=If* R1=0.003*470=1.41V、Vr3=Vr1+Vf=1.41+1.2=2.61V。

取Ika=20mA、Ir3=Ika-If=20-3=17、R3= Vr3/ Ir3=2.61/17=153Ω。

TL431的陰極電壓值Vka、Vka=Vo’-Vr3=15.2-2.61=12.59V。

結(jié)果：R1=470Ω、R3=150Ω、R5=10KΩ、R6=50K。

這樣就順利的求出了幾個關(guān)鍵電阻的阻值。但是可能有些朋友可能并沒有完全看懂，下面就附上技術(shù)高手的更詳細(xì)補(bǔ)充。

關(guān)于R6的數(shù)值，這個參數(shù)的阻值并不是隨意決定的。要考慮兩個因素，第一、TL431參考輸入端的電流。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R6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。第二、待機(jī)功耗的要求。如有此要求，在滿足小于12.5K的情況下盡量取大值。

TL431要求有1mA的工作電流，也就是R1的電流接近于零時，也要保證TL431有1mA，所以R3≤1.2V/1mA=1.2K即可。除此以外也是功耗方面的考慮。R1的取值要保證TOP控制端取得所需要的電流，假設(shè)用PC817A，其CTR=0.8-1.6，取低限0.8，要求流過光二極管的最大電流為 6/0.8=7.5mA，所以R1的值≤(15-2.5-1.2)/7.5=1.5K，光二極管能承受的最大電流在50mA左右，TL431為100mA，所以我們?nèi)×鬟^R1的最大電流為50mA，R1>(15-2.5-1.3)/50=226歐姆。

為了提升低頻上的增益以及壓制低頻波紋，就需要R5C4制造一個原點(diǎn)上的極點(diǎn)。也就是靜態(tài)誤差，R4C4形成一個零點(diǎn)，來提升相位，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)計帶寬處的相位是多少，R4C4的頻率越低，其提升的相位越高，當(dāng)然最大只有90度，但其頻率很低時低頻增益也會減低，一般放在帶寬的1/5處，約提升相位78度。

至此，從文章開頭的TL431與PC817的配合，到剛才提到的，關(guān)于TL431取樣補(bǔ)償部分除補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)外，其他元件值的計算方法，到這里就全部為大家介紹完畢。希望各位在閱讀過本篇文章后能夠?qū)L431和PC817之間的配合有進(jìn)一步的了解。