TL431在开关电源中的应用

　　本文探讨了TL431的基本等效电路和使用方法。分析了TL431在开关电源电路中进行反馈控制的原理以及反馈回路中主要元件的作用及参数选择。

　　引言

　　在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随着技术的发展，当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过TL431（可控分流基准）反馈并将误差放大，TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。

　　1、TL431简介

　　TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从UREF（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

　

　　图1

　　图1中电路图形符号中A为阳极，使用时需要接地。K为阴极，需要限流电阻接电源。UREF是输出电压Uo的设定端，外接电阻分压器。等效电路如图2，主要包括4部分：（1）误差电压放大器，其同相输入端接从电阻分压器上取得取样电压，反向输入端则接内部的2.50V基准电压Uref，并设计的UREF=Uref，UREF端常态下应为2.50V，因此，亦称基准端；（2）内部2.50V（准确值为2.495V）基准电压源Uref。（3）NPN型晶体管，它在电路中起到调节负载电流的作用；（4）保护二极管，可防止因K-A间电源极性接反而损坏芯片。

　　

　　图2

　　前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图1所示基本接线电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Uo的分压引入反馈，若Uo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Uo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在UI等于基准电压处稳定，此时

　　Uo=（1+R1/R2）Uref。

　　选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Uo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，及通过阴极的电流要大于1mA。

　　2、TL431与光电耦合器分析

　　在开关电源中电源反馈隔离电路由光电耦合器如PC817以及并联稳压器TL431所组成，其典型应用如图3所示。当输出电压发生波动时，经过电阻分压后得到取样电压与TL431中的2.5V带隙基准电压进行比较，在阴极上形成误差电压，使光耦合器件中的LED工作电流生产相应的变化，在通过光耦合器件去改变TOPSwitch控制端得电流大小，进而调节输出占空比，使Uo保持不变，达到稳压目的。

　

　　图3

　　反馈回路中主要元件的作用及选择：R1R4R5主要作用是配合TL431和光耦合器件工作，其中R1为光耦的限流电阻，R4及R5为TL431的分压电阻，提供必须工作电流以完成对TL431保护。

　　1）取样电阻R4R5的选择，R5的值不是任意取的，要考虑两个因素：

　　（1）TL431参考输入端的电流，一般此电流为2μA左右，为了避免此端电流影响分压比和避免噪音的影响，一般取流过电阻R5的电流为参考段电流的100倍以上，所以此电阻要小于2.5V/200μA=12.5K。

　　（2）待机功耗的要求，如有此要求在满足〈12.5K的情况下取最大值。

　　R4=（Uo/2.5-1）×R5

　　2）C6作为频率补偿之用，可以提高TL43l的瞬态频率响应典型值为0.1μf。

　　3）R1为光耦的限流电阻选择

　　UKA为TL431阴极电压最小为2.5V可承受的最大电压为37V，IKA为TL431最小工作电流1mA，UF为光耦合导通压降为1V。

　　IKA=UF/R1》1mA，保证TL431最小工作电流1mA。

　　光电耦合器的限流电阻R1可由下式求得：

　　R1=（Uo-UF）/1F

　　其中为IF二极管的电流，光二极管能承受的最大电流在50mA左右，TL431为100mA，所以我们取流过R1的最大电流为50mA。

　　4）输出电压Uo，则由TL431内部2.5V之参考电压求得：

　　UO=2.5×（1+R4/R5）

　　3、结论

　　TL431的三端并联稳压器在许多应用中都大有用处。这种三端子器件既廉价，功能又很多样化。这种稳压器经过配置，可在开关电源中实现多种功能。这种器件可用作基准精确度，也可作为廉价的运算放大器以进行反馈控制。