反激电源——TL431及光耦反馈电路计算(不涉及环路补偿)

一、TL431及光耦反馈电路

TL431以及光耦电路是反激的副边反馈类型电路中的常见应用。

其反馈工作原理为:当副边的输出电压升高时,TL431的REF点采样电压也会升高,使得TL431的导通量增加,同时光耦内部的发光二极管流过的电流也增大,进而使得光耦三极管导通量增加,与之相连的电源IC电压反馈引脚VFB电压降低,经过IC内部的逻辑控制,使控制开关MOS的引脚输出占空比降低,输出电压也就降低了。反之,当副边输出电压降低,其工作原理相反。
图1 TL431及光耦反馈

二、TL431电阻计算

2.1、R2的取值

TL431的基准R极需要一个4uA的电流,采样电阻上的电流是基准电流的至少100倍,这样才不会影响采样电阻上的电压。那么:

所以上图1中 R2最大不要超过6.25K,否则计算小于4uA。一般取2.2K~5.1K之间的电阻比较常见。

那么我们取R2=4.7K,假设输出电压Vo=5V,那么则取R1=4.7K。参考下图TL431计算公式。

2.2、Rbias的取值

TL431是一个芯片,Rbias是给431供电的电阻。虽然还有光耦那一路在给TL431供电,但光耦也有电流很小的时候,所以Rbias必须在光耦电流接近为0时,还能为431正常供电。

光耦的压降一般为1.1V左右,由于在极限时光耦的电流接近0,所以RD上基本无压降,则Rbias两端压降也为1.1V。下图数据手册中可以得知IKA=1~100mA;

那么我们可以通过计算知道:

Rbias最大不要超过1.1K,否则计算结果小于1mA。一般取几百欧姆到1K之间的电阻比较常见。

2.3、R D 的取值

RD取值要从芯片端开始说起,这里我们以常见电源芯片UC3842为例,芯片的第1脚,在内部由一个1mA的电流源,所以我们为了保证其工作,则光耦的光敏三极管端至少要在最大时,可以达到1mA,如果在最大的时候都达不到1mA,就有可能出问题。

在计算前,我们先看光耦规格书的一些参数------传输比:

假设,选的是EL817A的光耦,传输比为0.8-1.6,光敏三极管端流1mA时,则发光二极管端需要流 1mA/0.8 =1.25mA。注意这个1.25mA,是在极限的时候能达到1.25mA,也就是在TL431的KA极两端电压为2.5V时,光耦流过1.25mA。【REF极的电压越高则TL431 VKA的阻抗越小(也就是KA两端电压越低);VKA两极电压,不会低于内部基准Vref,也就是最低时为2.5V】

5V怎么来的?5V是光耦的VCE导通电压

从下图光耦的规格书中我们可以知道,光耦最大可以流过的电流只有60mA:

既然光耦最大可以流过的电流只有60mA,那么取值应为: 24R ≤ RD ≤ 1.12K。


三、总结

  1. 反馈TL431工作在线性区状态;
  2. R极的电压由R1和R2的电阻分压给定,与内部2.5V的Vref基准电压来比较;正常情况R极的电压在2.5V上下微弱的波动。
  3. R极的电压越高则TL431 VKA的阻抗越小(也就是KA两端电压越低);VKA两极电压,不会低于Vref,也就是最低时为2.5V。
  4. R极的电压越低则TL431 VKA的阻抗越大(也就KA两端电压会越高);
  5. VKA两极电压最高能达到多少是由输出电压来决定。
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