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TL431隔离式开关电源的补偿

TL431反馈网络中元件值的影响并不明显,但是如果您了解传递函数背后的基本公式,则可以快速补偿隔离式电源。

如果您设计了隔离式开关电源,那么您可能已经意识到,补偿隔离式电源要比补偿非隔离式电源更为复杂。包含TL431和完耦合器的隔离式电源特别复杂,因为该电源的电路中有两个反馈环路。

完管许多论文都涵盖了该主题,但没有多少资源可以简要说明如何选择电阻器和电容器值以形成补偿和总环路响应。一种简单的解决方案是借助齐纳钳位电路去除内部环路。但是,这不必要地增加了部件数量。只需基本了解一下方程,就可以在TL431附近选择补偿值,就像补偿降压电路一样简单。

内部反馈环路由上拉电阻(R1)形成。该环路通常称为快速环路,因为输出中的任何扰动都会马上影响该路径中的完耦合器电流。外部环路是通过电阻分压器和TL431补偿实现的返回路径。这是一个较慢的环路,因为环路中的补偿组件会影响输出电压响应。

隔离电源的补偿

首先,让我们考虑一个简单的集成电路的外观。为此,我们只需在电路中将R4设置为零欧姆即可。所得的传递函数和增益图(从“输出电压”到“反馈”)如图2所示。有趣的是,我们有一个DC极和一个由R3和C1形成的零。由于内部回路的存在,零点有点违反直觉。在高于该零点的频率处,增益仅等于两个电阻器(R6和R1)的比值乘以完耦合器的电流传输比(CTR)。在高于10 kHz的频率下,完耦合器的带宽会形成一个限制增益的极点。

隔离电源的补偿

请注意,不可能通过改变TL431附近的元件值来将增益带出电路。对于输出电压低的电源(功率级增益通常很高),此限制可能成为问题。我们可以更改R6和R1的比率以降低增益,但是这些电阻通常取决于完耦合器所需的电流量。如果设备中的增益太大,则最简单的方法是通过增加一个和R6并联的电容器和电阻器来降低增益。这形成了零极点对,其频率必须设置为比整个环路的交叉频率低得多。

现在,当我们设置R4时会发生什么?所得的增益和传递函数如图3所示。增益图的整体形状不变,但是R4的值会影响零点的位置。其它,当频率高于零频率时,R4也会影响增益。增益以(R3 + R4)/ R3之比增加。这为我们提供了一种在环路中增加中频带增益的方法(如果需要)。

隔离电源的补偿

作为一个实际示例,考虑一个具有220uF输出电容器的电流模式12V / 12W反激电路,该器件在最大负载下具有增益和相位特性(图4)。该图对应于从反馈节点到功率输出的传递函数。在该系统中,我们使用的完耦合器的CTR约为1,而R1和R6均为1kΩ。因此,使用公式CTR *(R6 / R1)计算的有效增益为0dB,在此示例中,这些参数对补偿增益没有影响。

隔离电源的补偿

我们期望增加中频带增益,以便我们可以通过频率接近5kHz的环路。这可以拓宽我们的带宽,还可以确保交叉频率远低于极点(由完耦合器产生)的频率。我们在反馈分压器中使用10Ω电阻作为R3。使用(R4 + R3)/ R3的比率可以将增益提高约16dB,这意味着我们应该将R4的值设置为约50Ω。最后,当频率为60Hz时,我们必须选择C1来设置零点,以去除功率级的极点。使用图3中的公式,C1应该约为0.047uF。产生的补偿环路如图5所示。我们正在穿越一个频率为4kHz,相位裕度接近80度的环路。当频率高于20kHz时,您可以看到完耦合器的极点正在发挥奇异的作用,该作用开始影响增益和相位。

隔离电源的补偿

综上所述,TL431反馈网络中元件值的影响并不明显。但是,如果您了解传递函数背后的基本公式,则可以快速补偿隔离式电源。通过一些实践,它可以变得像补偿简单的降压电路一样简单。

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