开关电源电路中的TL.doc

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1、开关电源环路中的TL431作者：安森美半导体产品线应用工程总监ChristopheBasso    来源:电子设计应用2009年第6期        采用TL431实现的3类补偿器图1所示是采用TL431的3类补偿器。它创建了一个在原点处的极点fpo、两个极点fp1和fp2，加上两个零点fz1和fz2。得益于这个配置，设计人员能够在交越频率提升相位最多达180°的理论限制值。图1    采用TL431构建的3类补偿器受到存在的快通道的牵制，而快通道会通过RLED引发额外的调制遗憾的是，如参考中描述的那样，这个特别布局中的LED电阻(RLED)充当

2、两个角色：一个用于中频带增益，另一个用于额外的零点位置。下面的传递函数对此进行了确认：因此，找出恰当的组合，让RLED在提供恰当增益的同时也提供所需要的零点位置，就仍能确保RLED满足最低偏置条件——这个道理易懂，实践起来却远非易事。造成这种状况的原因就是快通道的存在，这快通道与由R1和Rlower构成的分压器并联，是其中一部分输出电压经过的路径。如果RLED完全用于偏置目的，且没有交流连接至输入电压Vout，它就肯定会从等式(1)中所示的任何极点/零点组合中消失。问题在于快通道问题来自于RLED连接至输入信号Vout。在典型的基于运算放大器的配

3、置中，输入调制通过感测Vout的R1和Rlower电阻桥单独转换至输出。在应用TL431的配置中，由于RLED连接至Vout，RLED也会出现在调制通道，并充当传递函数的功能。当C1短路时，也就是在高频时，Vout调制通过电阻桥至LED的传输就消失，而TL431成为一个简单的齐纳二极管，固定着LED阴极电势。然而，由于这条经RLED通往Vout的链路，调制仍然到达LED，并因此到达VFB，对光耦合器电流的影响如下所示：与上述等式相当的原理图如图2所示，其中，尽管R1/Rlower和U1之间不存在链路(由于C1短路)，但单独流过RLED的调制电流仍

4、会到达输出，如图中右侧所示。这种特殊配置使得难于实践3类补偿器的设计，如等式(1)证实的那样。图2      由于反馈电容在高频时短路，LED阴极电势被TL431固定，调制电流仍通过串联电阻RLED到达光耦合器集电极开路运算放大器快通道由于连接到Vout而产生问题。要避免这种状况，最佳的方法就是连接RLED电阻至固定电势，从而与Vout完全解耦。有几种不同的选择来实现这个目标，但最简单的是使用齐纳二极管，如图3所示，图中示出2类补偿器(1个位于原点的极点、1个低频零点和1个高频极点)。在这个应用示意图中，经电阻R3获得一部分输出电流来偏置齐纳二极

5、管Dz和TL431。得益于存在的Dz、Cz和Rz，偏置节点对输出电压上出现的交流调制变得敏感。当然，输出电压与所选齐纳电压之间必须存在足够的间隔，以确保具备所需的交流隔离。对于12V输出而言，6.2V的齐纳二极管已经被证实是好选择。应当选择接受适当偏置电流的齐纳二极管，以避免从稳压输出“抽出”不必要的静态电流，特别是在存在空载待机能耗要求的情况下。鉴于安森美半导体的MM3Z6V8ST1齐纳二极管所规定的低击穿电流，它是一项不错的选择。计算电阻Rz的值，以算出齐纳二极管偏置电流，以及与TL431工作需要的1mA最低电流相关的光耦合器电流。在下面的设

6、计示例中还将回到Rz问题之上。图3     (a)齐纳二极管能用于构建固定直流电平，进一步借电容与监测到的输出电压解耦；(b)虽然存在运算放大器，信息在初级段传输的方式并没有不同，它必须经过光耦合器，利用光耦合器的极点及CTR既然快通道问题消除了，下面要面对的就是典型的集电极开路运算放大器配置问题了，其中所有针对2类和3类补偿器的计算规则都适用。TL431由非逆向输入偏置为2.5V的运算放大器构成。图3中标记为k的节点处的TL431阴极实际上可以观测到这一运放的电压输出。因此，通过LED的交流电流就是节点k处的电压除以串联电阻RLED(见图2中小

7、信号模式，其中Vout简化替代为V(k))。流经光耦合器集电极的电流Ic与LED电流通过电流传输比(CTR)构成关联：由于这电流流经上拉电阻，从而产生输出电压，得到：从上述等式，可轻易解析出由TL431运算放大器所增添的这个电路带来的直流增益G0为：在交流条件下，需要谨记光耦合器受其物理构造的影响，在响应时间方面存在局限。这个事实可通过考虑在光耦合器的集电极-射极之间布设寄生电容Copto来建模。这样一来，由C2

8、

9、Copto构成、连接至光耦合器集电极的电容就会产生高频极点。换句话说，无论Vout的幅度和相位如何改变，节点k上提供的电压都要满足下

10、面的交流等式，其中涉及到等式(6)中已经得到的直流增益：如果计划采用LM358等传统运放来替代TL431，这项陈述仍然成立。例如，这种电