环路设计 - TL431在开关电源反馈回路中的应用

　　

　　图8LM5035芯片的COMP引脚及内部比较器

　

　　此时需要为TL431设置偏置电流，以保证在各种工作条件下都有足够大于1mA的电流流入TL431阴极。普遍的做法是在光耦的发光二极管旁边并一个阻值1k的电阻，如图4中所示。光耦的发光二极管压降大约为1V，所以与二极管并联的1k电阻上会有1mA的偏置电流产生，以保证TL431有足够的工作电流。同时，偏置电流也不能设置得过大，太大的偏置电流会增加TL431自身的损耗，也会影响到反馈环路静态工作点的设置。参考图4，当光耦电流Ic为零时，即：

　　Icmin=0

　　VFB=VDD－Icmin*Rc=VDD（7）

　　这时，反馈电压VFB达到最大值，相应的控制芯片会输出最大占空比。

　　当光耦的三极管饱和时，光耦电流Ic达到最大值，此时控制芯片输出最小占空比。

　　Ic_max=（VDD－Vce_sat）/Rc（8）

　　当原边光耦电流Ic达到最大值时，相应的副边光耦的发光二极管中电流Ie在CTR为最小值时到达最大，如式（9）：

　　Ie_max=Ic_max/CTRmin（9）

　　TL431在工作时阴极电压需要大于其基准点电压（2．5V），同时要小于36V。该值可由下式计算得到：

　　

　　4、基于TL431的小信号环路设计

　　设置好静态工作点之后，就需要对电源系统的反馈环路进行补偿，以保证系统的稳定性。如图4所示，独立辅助绕组供电的二型反馈补偿网络，原边光耦电容Copto是由于光耦传输高频信号延时而产生的，相当于在系统里引入了一个极点。反馈传函为：

　　

　　零点频率：

　　fz=1/（2πR1C1）（12）

　　开环增益：

　　Gain=CTR·Rc/Rled（13）

　　如果直接用输出Vo对光耦供电，整体的反馈环路有所不同，反馈传递函数为：

　　

　　其中两个极点的频率跟式的计算结果一样，而零点的位置更加靠前。零点频率：

　　fz=1/［2π（R1+Rup）C1］（15）

　　零点fz比极点fp0更低，系统的带宽会更宽，对于输出变化的响应会更快。但是相位裕量较之前一种供电方式会低。在实际设计过程中需要根据对系统的估计要求来选择更优的环路补偿方式。

　　开关电源二型系统补偿环路仿真结果如图9所示。从结果可以看出用TL431和运放构成的反馈回路的频率响应除了在低频段相位裕量有微小差别，在其它频率段表现出的性能几乎一致。

　

　　图9TL431和运放构成反馈回路的频率响应仿真

　　5、结束语

　　本文在熟悉TL431的内部电路结构以及其工作原理的基础上，通过合理的设置静态工作点，验证了TL431在反馈回路中替代分立的电压基准和运放，从而达到在开关电源的设计中节省空间，降低成本的目的。同时TL431工作时需要的电流也小于分立的电压基准和运放工作时的工作电流，有利于减小开关电源在空载运行时的损耗。