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TL431与光耦反馈回路设计.pdf

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TL431与光耦反馈回路设计 TL431与光耦反馈回路设计 TL431与光耦反馈回路设计

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前言：回授迴路的設計需要仔細地思考與分析。未被發現的不良回授路徑很容易被

忽略，並且會危害電路設計。本文將探討一種常見的回授電路，與設計人員所面臨的潛在

問題，並將提出這些問題的解決方案。

TL431／光耦合器回授電路

TL431 與光耦合器是電源轉換器設計人員常用的一種組合。但若不謹慎思考與設計

，此組合會讓工程師感到十分棘手。本文將討論許多經驗不足甚至連部份有經驗的設計人

員皆容易落入的窠臼。

圖 1 是典型電路。R1 與 R2 組成的電阻分壓器在輸出電壓達到目標值時，會讓 R1

與 R2 的接點電壓剛好等於 TL431 的內部參考電壓。電阻 R3 以及電容 C1 與 C2 提供

TL431

所需的回授迴路補償以便穩定控制迴路。迴路增益值決定後，即可計算這些元件

值並將它們加在一起。

圖

：典型的

TL431

回授電路。

圖 1 的 TL431 電路增益可由下列公式計算：

其中 Zfb 等於:

ω 則代表角速度（radians/sec）。

光耦合器迴路增益＝（

R6/R4

）×光耦合器電流轉換比（

Current Transfer

Ratio；CTR），設計人員必須知道光耦合器的電流轉換比，才能計算該增益。

但實際轉移函數是由光耦合器的 LED 電流決定，所以圖 1 的 TL431 電路總增益還

包括另一因數。該函數是（Vout-Vcathode）／R4，其中 Vout 等於進入 TL431 的

Vsense 電壓，這使得 TL431 與光耦合器的「總增益方程式」等於：

上式的+1 項在本文裡代表「隱藏」的回授路徑，只要 Zfb/R1 遠大於 1 即可忽略。

在後面的示波器圖片中，將進一步解釋和顯示該項的影響，我們現在先假設這個公式是正

確的。

設計人員只要將電源轉換器的各項增益元素相乘，就能得到不考慮回授電路影響下

的轉換器開迴路增益。這些元素包括：變壓器圈數比；PWM 主動輸出濾波器元件效應和

TL431

增益以外的相關負載效應；以及光耦合器的影響。

轉換器會在特定的開關頻率下操作。設計人員知道開迴路總增益須在低於該頻率 6

分之 1 的某個點跨過 0dB，因此多數設計人員會留下適當的元件公差，其它人則會將跨越

點設計在大約該頻率

分之

的位置。在此例中，我們假設開關頻率固定為

100kHz

。

由於已知控制到輸出增益（control-to-output gain）在目標跨越頻率點的增

益值，接下來只要讓 TL431 回授迴路和光耦合器的增益等於該增益值的倒數即可。

設計人員已知道要在什麼樣的頻率下，才能讓 TL431 的迴路在相位增益大於 45 度

的位置跨越 0dB，因此他們現在可以選擇該迴路的零件。

如果 TL431 的電路增益必須超過 20dB，那只要選擇正確的 R3 電阻以及 C1 和 C2

電容，就能決定 TL431 增益曲線。此時設計人員可將+1 項忽略，因為它遠小於 TL431

的增益。

圖 2 是轉換器的控制到輸出增益圖，它在 10kHz 目標跨越點的增益為 0.1 或-

20dB，這表示回授迴路在零跨越點的增益必須等於+20dB 或 10 倍。

圖 2：轉換器的控制到輸出增益圖。

設計人員現能決定他們所想要的迴路響應，然後選擇適當的 R1﹐ R2﹐ R3﹐ R4﹐ R6

﹐ C1 和 C2。

為了簡化設計起見，此處讓 R4 等於 R6，同時選擇電流轉換比等於 100 的光耦合器

（亦即通過 LED 的每個毫安培電流都會讓電晶體輸出 1 個毫安培電流）。

為讓 10kHz 增益值等於 10，R3 必須等於 10 倍的 R1。TL431 增益曲線在 0dB 點

後應逐漸下滑，但由於設計人員仍需一定程度的相位增益，所以選擇 C2 時應令其 20kHz

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a8602359

2012-10-18

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