TL431 和PC817在開關電源中的應用電路設計

admin @ 2014-03-19 , reply:0

TL431 和PC817在開關電源中的應用電路設計
  開關電源的穩壓反饋通常都使用TL431 和PC817,如輸出電壓要求不高,也可以使用穩壓二極體和PC817,下面我來通過以下典型應用電路來說明TL431,PC817 的配合問題。電路圖如下:

  R13 的取值,R13 的值不是任意取的,要考慮兩個因素:
 1)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R13 的電流為參考段電流的100 倍以上,所以此電阻要小於2.5V/200uA=12.5K.
 2)待機功耗的要求,如有此要求,在滿足《12.5K的情況下盡量取大值。
  TL431 的死區電流為1mA,也就是R6 的電流接近於零時,也要保證431 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,R17 是為了保證死區電流的大小,R17可要也可不要,當輸出電壓小於7.5v 時應該考慮必須使用,原因是這裡的R17 既然是提供TL431死區電流的,那麼在發光二極體導通電壓不足時才有用,如果發光二極體能夠導通,就可以提供TL431 足夠的死區電流,如果Vo 很低的時候,計算方法就改為R17=(Vo-Vk)/1mA(這裡Vk=Vr-0.7=1.8v); 當Vo=3.3V 時R17 從死區電流的角度看臨界最大值R17=(3.3-1.8)/1mA=1.5k,從TL431 限流保護的角度看臨界最小值為R17=(3.3-1.8)/100mA=15Ω。 當Vo 較高的時候,也就是Vo 大於Vk+Vd 的時候,也就是差不多7.5v 以上時,TL431 所需的死區電流可以通過發光二極體的導通提供,所以這是可以不用R17。
  R6 的取值要保證高壓控制端取得所需要的電流,假設用PC817(U1-B),其CTR=0.8-1.6,取低限0.8,要求流過光二極體的最大電流=6/0.8=7.5mA,所以R6 的值<=(15-2.5-1.2)/7.5=1.5K,光二極體能承受的最大電流在50mA 左右,TL431 為100mA,所以我們取流過R6 的最大電流為50mA,R6>(15-2.5-1.3)/50=226 歐姆。要同時滿足這兩個條件:226<R6。
  有的電路設計中增加提升低頻增益電路,用一個電阻和一個電容串接於控制端和輸出端,來壓制低頻(100Hz)紋波和提高輸出調整率,即靜態誤差,牡電就是提升相位,要放在帶寬頻率的前面來增加相位裕度,具體位置要看其餘功率部分在設計帶寬處的相位是多少,電阻和電容的頻率越低,其提升的相位越高,當然最大隻有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 初,約提升相位78 度。
  流過U1-A 的電流Ic 的電流應在2-6mA 之間,開關脈寬調製會線性變化,因此PC817 三極體的電流Ice 也應在這個範圍變化。而Ice 是受二極體電流If 控制的,我們通過PC817 的Vce 與If 的關係曲線(如圖3 所示)可以正確確定PC817。

  從圖3 可以看出,當PC817 二極體正向電流If 在3mA 左右時,三極體的集射電流Ice 在4mA左右變化,而且集射電壓Vce 在很寬的範圍內線性變化。符合控制要求。因此可以確定選PC817 二極體正向電流If 為3mA。再看TL431的要求。從TL431 的技術參數知,Vka 在2.5V-37V 變化時,Ika 可以在從1mA 到100mA 以內很大範圍里變化,一般選20mA 即可,既可以穩定工作,又能提供一部分死負載。因此只選3-5mA左右就可以了。
  確定了上面幾個關係后,那幾個電阻的值就好確定了。根據TL431 的性能,R11、R13、Vo、Vr有固定的關係:Vo=(1+ R11/R13) Vr
式中,Vo 為輸出電壓,Vr 為參考電壓,Vr=2.50V,先取R13 值,例如R13=10k,根據Vo 的值就可以算出R11 了。
  再來確定R6 和R17。由前所述,PC817 的If 取3mA,先取R6 的值為470Ω,則其上的壓降為Vr6=If* R6,由PC817 技術手冊知,其二極體的正向壓降Vf 典型值為1.2V,則可以確定R17 上的壓降Vr17=Vr17+Vf,又知流過R17 的電流Ir17=Ika-If,因此R17 的值可以計算出來: R17=Vr17/ Ir17= (Vr6+Vf)/( Ika-If)
  根據以上計算可以知道TL431 的陰極電壓值Vka,Vka=Vo’-Vr17,式中Vo’取值比Vo 大0.1-0.2V 即可。
  舉一個例子,Vo=15V,取R13=10k,R11=(Vo/Vr-1)R13=(12/2.5-1)*10=50K;取R6=470Ω,If=3mA,Vr6=If* R6=0.003*470=1.41V;Vr17=Vr1+Vf=1.41+1.2=2.61V;
取Ika =20mA,Ir17=Ika-If=20-3=17,R17= Vr17/ Ir17=2.61/17=153Ω;
TL431 的陰極電壓值Vka,Vka=Vo’-Vr17=15.2-2.61=12.59V
結果:R6=470Ω、R17=150Ω、R11=10KΩ、R13=50K。




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