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TL431三端稳压器的应用电路图

模拟电路 | 发布时间:2018-11-19 | 人气: | #评论# | 本文关键字:三端稳压器,TL431,电路图,UC3853A,PWM
摘要:许多半导体公司都提供三端并联稳压器 (three-terminal shunt regulator),这些组件内建精准参考电压、运算放大器和用来控制精准电压源的并联三极管 (shunt regulator),图1就是典型的电路应用。三端并

许多半导体公司都提供三端并联稳压器 (three-terminal shunt regulator),这些组件内建精准参考电压、运算放大器和用来控制精准电压源的并联三极管 (shunt regulator),图1就是典型的电路应用。三端并联稳压器是低成本的半导体组件,除了做为并联稳压器之外,它们对于其它电源供应设计也极有帮助。这些半导体组件可担任控制回路里的低成本运算放大器、搭配其它三极管和被动零件或用于靴带式电路 (boot-strap circuit);这些组件还能做为低功率辅助电源,专门供电给在低负载下操作的脉冲宽度调变 (PWM) 控制器。尽管这些电路不会出现在并联稳压器的组件数据表,但它们都是非常有用的应用。

TL431并联稳压器

图1:TL431并联稳压器 (Shunt Regulator)

运算放大器 三端稳压器特殊应用电路

在包含PWM而没有电压放大器的电源供应设计中,系统设计人员可利用并联稳压器做为低成本的运算放大器,图2就是这类应用的功能方块图。方程式1代表其中补偿电路的小信号转移函数。

注:方程式1假设Rbias << Rz

TL431 PWM反馈电路的运算放大器电路

图2:TL431 PWM反馈电路的运算放大器电路

这个电路还能增加光电耦合器以提供某种电气隔离,图3就是隔离式反馈电路线路图。电阻R1提供偏压给光电耦合器和TL431,电阻R3和二极管D1提供固定偏压点,确保偏压电阻R1不会形成反馈路径。电阻R1和R2用来控制光电耦合器增益;在绝大多数设计中,R1和R2的比值大约设为10比1。光电耦合器有一个高频极点 (fp),虽然组件数据表通常不会提供fp的信息,但透过网络分析仪即可发现这个极点在许多应用中约为10 kHz。

TL431包含隔离电路的运算放大器反馈电路图

图3:TL431包含隔离电路的运算放大器反馈电路图

自举电路 (Boot-Strap Circuit)

在交换式电源供应设计中,脉冲宽度调变器组件通常是由辅助线圈提供电源,其线路可参考图4;这个电路的启动需要小电流充电电阻 (Rt) 和电位保持电容 (Ch)。为了将功耗降至最低,小电流充电电阻值应越大越好。电位保持电容值也是越大越好,因为在电源供应开始工作之前,都须由它提供电源给PWM电路。

图4:UC3853A交换式电源供应的靴带式电路

并联稳压器还能搭配双极三极管和数颗电阻以加快靴带时间 (boot-strap time),详细电路请参阅图5。电路零件C、D1、Q1和Ra到Rd形成自举电路。电源启动后,电容C会完全放电,PWM的输入电源值 (Vaux) 将由Q1和D1控制的串联稳压器决定。Vaux电压在刚启动时会在最高点 (Vaux_peak),其值由电阻Ra和Rb的比值决定。电容C和电阻Rc则用来决定自举电路的关闭电压和时间以节省电力。电阻Rd提供偏压电流给TL431,电阻Re则会限制电流值,让三极管Q1保持在安全操作区 (Safe Operating Area)。

UC3853A改良后的靴带式电路

图5:UC3853A改良后的靴带式电路

电路设计并不困难,只要选择Ra和Rb来设定峰值充电电压 (Vaux_peak)。

选择Rc电阻让并联电压 (shunt voltage) 小于辅助线圈所提供的额定Vaux电压 (Vaux_nominal)。

电容C用来设定靴带时间 (Tboot)。

低功耗PWM偏压供应

在某些电源供应里,PWM电源是由类似图4的辅助线圈提供,这个电路的问题在于负载很小时,辅助线圈将无法为组件提供足够电源;此时PWM会启动和关闭,使得电源供应可能出现异常行为。图6电路显示如何利用串联稳压器解决这个问题,这个稳压器会在负载很小时启动,等到偏压线圈能够提供电力给PWM控制器时就关闭。

电阻Ra到Rd、二极管D1和D2以及三极管Q1组成低功率的偏压供应电路,用来提供高于PWM关闭电压和低于额定辅助线圈电压 (Vaux_nominal) 的稳压输出,让三极管Q1如二极管OR电路作用:当PWM电源来自辅助线圈时,Vaux电压成为逆向偏压,使得三极管Q1停止导通以节省电力;当电力泄漏使得Vaux电压下降时,Q1会进入正向偏压状态,开始提供所需的电力给PWM控制器。

低功率串联稳压器的设计并不困难,只要为Rc选择正确的电阻值,使其将适当的偏压电流提供给D1,选择Rd电阻值让Q1在安全操作区工作,Ra和Rb的电阻值则用来设定低功率串联稳压器的输出电压,其值必须大于控制组件的启动电压,同时小于辅助线圈的额定供应电压 (Vaux_nominal)。

我们可用下列方程式调整Ra和Rb组成的电阻分压器。Q1射极电压必须小于T1变压器次级线圈提供的额定辅助电压 (Vaux_nominal)。Vref是并联稳压器D1的内部参考电压,Vd2和Vbeq1分别是二极管d2的电压降和Q1的基极至射极电压。

UC38C42低功率辅助电源供应

图6:UC38C42低功率辅助电源供应

结论

TL431等三端并联稳压器对许多应用都极有帮助,它们不但成本低,用途又广泛,可经由电路设计在交换式电源供应中执行许多功能。这些组件可做为高精准度的电压参考,或是做为低成本的运算放大器以提供反馈控制,它们还能做为比传统方法更快的电源供应自举电路。并联稳压器搭配一颗NPN三极管即可组成低功率的偏压供应,它会在负载很小的时候启动,等到辅助线圈足以提供充份电力给PWM时再关闭。

三端稳压器特殊应用电路


责任编辑:TL431三端稳压器
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