1、正确偏置 TL431 的应用设计众所周知， TL431 在开关电源 (SMPS)反馈环路中是参考电压。该器件结合了参考电压与集电极开路误差放大器，具有操作简单和成本低廉等优点。虽然 TL431 已在业内被长期广泛采用，但一些设计人员仍会忽略它的偏置电流，以致在无意间降低产品的最终性能。TL431 的简化电路图如图 1 所示，图中包括了驱动 NPN 晶体管的参考电压和误差放大器，在该封闭的电源系统中，一部分输出电压一直与 TL431 的 Vref(参考电压)进行比较。图 1 TL431 等效电路图图 2 SMPS 简化直流模型(不考虑输入波动)影响的电阻分压器进行比较，可得到输出电压的理论值为
2、Vref/。然而，整个增益链路和各种阻抗均会影响输出电压，如下式所示，其中每个希腊字母均表示一个增益，RSOL 表示开环输出阻抗。 转换器简化直流模型如图 2 所示，Vout 与 Vref 通过受传输率Vout=(Vref-×Vout) ××G- RSOL×Vout / RL (1)Vout= Vref××G/(1+××G+ RSOL / RL) (2)静态误差=Vref/- Vout= Vref×(RSOL+ RL)/ ×(RSOL+××G×RL+RL) (3)从
3、式(3)中可看出，增大增益的值有助减小静态误差，提高输出电压精度。受增益环路影响的另一个重要参数是输出阻抗，系统的输出阻抗可用不同的计算方法得出。任何发生器均可简化为它的 Thevenin等效，即一个电压电源 Vth (空载时测得的 Vout，即令式 2 中的 RSOL / RL =0)与一个输出阻抗 Rth 的串联电路。设当负载电阻 RL 为闭环输出阻抗 Rth 时，输出电压 Vout 可减小至 Vth/2，以此来计算输出阻抗Rth，也可将其表示为 RSCL。令 Vth/2 = Vout 求 RSCL，由式(2) 可得：Vref××G/(1+××G)/
4、2=Vref××G/(1+××G+ RSOL/Rth) (4)RSCL = RSOL/(1+××G) (5)由式(5)可得出如下结论：如果直流误差放大器的增益较大，且 DC 较高，则 RsCL 接近于零；进行了补偿，所以，当增益随频率增大而减小时，RSCL 开始增大。阻抗模块随频率增大而增大，说明该阻抗类似于电感； 由于对反馈返回路径当增益降至零时，系统输出阻抗与无反馈时的阻抗相同，均为 RSOL。此时，系统开环工作。因此，为了减小静态误差，并降低转换器的动态输出阻抗，大多数 SMPS 设计人员会在设计中保持较大的直流增益值。这里的直
5、流增益由 TL431 提供，可以采用如图 3 所示的纯积分器配置进行连接。图 3 使用传统的分流稳压器配置连接 TL431A(最大值) ，以减小因偏置而引起的 Rupp 误差。对于 12V 输出电压，假设 假设图 3 中的 Rbias 不存在。首先计算分压器网络 Rupp 和 Rlow，桥接电流 Ib 应大于 TL431 参考引脚的偏置电流 6.5 Ib=1mA。由于 TL431 通过 Rlow 施加的电压为 2.5V，而 Rupp 施加的电流为 1mA，因此可以计算出 Rlow 为 2.5 / 1m = ，而 Rupp 则等于(12-2.5)/2.5k A，可将引脚 2 拉至 1.2V的上拉
6、电阻。如果反馈电流为 475。可进一步选择更小的偏置电流，以减小空载条件下的待机能耗。桥接电流值确定后，即可计算 RS。RS 必须能提供足够的电流，使光耦合器集电极(或反馈引脚) 小于 1.2V，以启动空载工作状态下的跳周期。在 NCP1200 中，引脚 2 和内部 5V 参考电压间有一个 8k1m=9.5k ×8k)。考虑到光耦合器在较差情况下有 50%的电流转换比例 (CTR)，则 RS 必须小于(Vout-2.5-1V) /(Vpin2=5-475 950。，假设为 8.2k8.94k电阻与 TL431 串联，则会发生以下情况： 在 CTR 为 150%的较差情况下，表示 LE
7、D 中需要的电流较小，如果将 8.2kA/ 1.5 = 316A，则 IL = 475 1. 轻负载情况：IFB = 475A/ 1.5=225A，则 IL = 337.5 2. 中负载情况： VFB = 2.3V，IFB = 337.5A/1.5 = 166A，则 IL = 250 3. 重负载情况： VFB = 3V，IFB = 250增大，RSCL 也随之增大。 在这种情况下，TL431 的偏置电流不仅随着负载电流而变化，而且也随着光耦合器 CTR 的变化而变化。此外，减小 RS 也不起任何作用，应该通过调节 LED 的内部电流，来调整控制器端的正确反馈电压。这种情况的设计问题源自 TL
8、431 的数据表：必须插入大于 1mA 的偏置电流，才能从不同规格的 TL431 增益中获益。如果不能正确偏置 TL431，就会降低开环增益，导致这一问题可通过增加偏置电阻 Rbias，在外部施加一个偏置电流而解决。由于最缺少电流，所以必须计算此电阻在较差情况下，也就是重负载情况和最高 CTR 时的值。这时 IL ×8.2k = 1.36V。假设 LED 的正激压降为 1V，则阴极电压为 12 -1.36-1 = 166uA。因此，RS 上的电压为 166 ，或用9.64V。已知Vout 恒定为 12V，通过 Rbias 施加 1mA 电流得到，Rbias = (12-9.64) /
9、 1m = 2.36k 得到归一化值。因此，在 TL431 上施加的最小电流为 1mA + 166uA = 1.16mA。在空载情况下，IL=316 uA2.2k ，阴极电压为 12-(8.2k×316)-1 = 8.4V，因此，流经 TL431 的总偏置电流为 (12-8.4)/2.2k= 1.63mA，加上实际的反馈电流值 316uA，总偏置电流为 1.95mA，应处于安全电流范围内。 )后，输出阻抗值降至 4m；连接偏置电阻 (阻值为 3.3k 在 NCP1200 构成的电源上进行了有偏置电阻和无偏置电阻的实验，结果如图 4 所示。没有偏置元件时，输出阻抗测量值为 57m图 4 TL431 偏置电流过低时性能将明显下降总之，通过外部电阻对 TL431 进行正确偏置是非常重要的。如果无法承受额外的 1mA 输出电流的预算(由于要尽量降低空载待机能耗)，就应使用 TLV431 (Vref = 1.24V) 或 NCP100 (Vref = 的串联电阻 RS 极为罕见，因为该电阻结合光耦合器的集电极上拉电阻可以产生直流增益。如果电阻值约为 1k 或稍大于 1k，则更接近标准值。A 的最小偏置电流，且击穿电压更小。此外，8.2k 0.7V)，因为它们只需要 100
