隔離式電源的補償

在TL431反饋網(wǎng)絡(luò )中組件值的效果并不明顯，但如果您了解傳遞函數背后的基本方程，您就能快速補償隔離式電源。

如果您曾設計過(guò)隔離式開(kāi)關(guān)電源，那么您可能已經(jīng)意識到補償隔離式電源比補償非隔離式電源更復雜。包含TL431與光耦合器的隔離式電源很復雜，因為這種電源的電路中有兩個(gè)反饋環(huán)路。

雖然許多論文已談及這個(gè)話(huà)題，但沒(méi)有多少資源簡(jiǎn)要說(shuō)明過(guò)您該如何選擇電阻器和電容器值來(lái)形成補償和總環(huán)路響應。簡(jiǎn)單的解決之道是借助齊納鉗位電路消除內部環(huán)路。然而，這卻不必要地增加了組件數量。稍稍了解一下基本方程，在TL431周?chē)x擇補償值就能像補償降壓電路一樣易如反掌。

圖1展示了反饋系統。內部反饋環(huán)路是由上拉電阻器（R1）形成的。該環(huán)路通常被稱(chēng)為快速環(huán)路，因為輸出中的任何微擾均可立即影響該路徑中的光耦合器電流。外部環(huán)路是通過(guò)電阻器分壓器和TL431補償實(shí)現的返回路徑。這是速度較慢的環(huán)路，因為該環(huán)路中的補償組件會(huì )影響輸出電壓的響應。

圖1：這種常見(jiàn)的TL431電路包含兩個(gè)反饋路徑。

首先，讓我們考慮一下簡(jiǎn)單的積分電路是什么樣子。要實(shí)現這一點(diǎn)，我們只需在自己的電路中將R4設置成零歐姆。所得的傳遞函數和增益坐標圖（從“輸出電壓”到“反饋”）如圖2所示。有趣的是，我們有一個(gè)DC極點(diǎn)和一個(gè)由R3和C1形成的零點(diǎn)。由于內部環(huán)路的存在，零點(diǎn)有些反直觀(guān)。頻率高于這個(gè)零點(diǎn)時(shí)，增益只等于兩個(gè)電阻器（R6和R1）的比乘以光電耦合器的電流傳輸比（CTR）。頻率在10kHz以上時(shí)，光電耦合器帶寬會(huì )產(chǎn)生了一個(gè)可限制增益的極點(diǎn)。

圖2：在TL431周?chē)呻娙萜鲿?huì )產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)

請注意，無(wú)法通過(guò)在TL431周?chē)淖兘M件值把增益帶出電路。這種限制在具有低輸出電壓的電源中（功率級增益往往很高）會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題。我們可以改變R6和R1的比來(lái)減小增益，但這些電阻通常由光耦合器所需的電流量來(lái)決定。如果設備中增益太大，通過(guò)添加與R6并聯(lián)的電容器和電阻器最容易減小增益。這就形成了一個(gè)極點(diǎn) — 零點(diǎn)對，該極點(diǎn) — 零點(diǎn)的頻率必須設置得遠低于整個(gè)環(huán)路的交叉頻率。

現在，當我們設置R4時(shí)會(huì )發(fā)生什么？所得的增益和傳遞函數如圖3所示。增益坐標圖的總體形狀是不變的，但R4的值可影響零點(diǎn)的位置。此外，頻率高于零點(diǎn)頻率時(shí)，R4還會(huì )影響增益。該增益按（R3 + R4）/R3這一比例增加。這就為我們提供了向環(huán)路添加中頻帶增益的方法（如果需要的話(huà)）。

圖3：添加一個(gè)電阻器會(huì )增加中頻帶增益

作為一個(gè)實(shí)際的例子，請考慮一下具有220uF輸出電容器的電流模式12V/12W反激式電路，其中設備具有最大負載時(shí)的增益和相位特點(diǎn)（圖4）。該坐標圖對應的是從反饋節點(diǎn)到電源輸出端的傳遞函數。在這個(gè)系統中，我們所用光耦合器的CTR大約為1，而R1和R6均為1kΩ。因此，用算式CTR*（R6/R1）計算出的有效增益為0dB，而且在這個(gè)例子中，這些參數對補償增益沒(méi)有影響。

圖4：待補償的設備

我們希望增加中頻帶增益，這樣我們就能穿過(guò)頻率接近5kHz的環(huán)路。這可以拓寬我們的帶寬，還能保證交叉頻率遠低于極點(diǎn)（由光耦合器產(chǎn)生）頻率。我們用10Ω的電阻器作為我們反饋分頻器中的R3。用（R4+R3）/R3這一比值可增加大約16dB的增益，意味著(zhù)我們應該將R4的值大約設置成50Ω。最后，當頻率為60Hz時(shí)我們要選擇C1來(lái)設置零點(diǎn)，以便取消功率級的極點(diǎn)。使用圖3中的方程，C1大概應是0.047uF。所得補償環(huán)路如圖5所示。我們正在穿過(guò)頻率為4kHz、相位裕度幾乎為80度的環(huán)路。當頻率在20kHz以上時(shí)，您可以看到光耦合器極點(diǎn)在發(fā)揮奇效，開(kāi)始影響增益和相位。

圖5：被補償的環(huán)路

總之，在TL431反饋網(wǎng)絡(luò )中組件值的效果并不明顯。但如果您理解了傳遞函數背后的基本方程，您就能快速補償隔離式電源。通過(guò)一些實(shí)踐，它可以變得像補償簡(jiǎn)單降壓電路一樣輕而易舉。

關(guān)于作者

Brian King是德州儀器（TI）電源組的應用工程師，也是技術(shù)骨干團隊的高級成員。King還是電氣與電子工程師協(xié)會(huì )（IEEE）的會(huì )員，并擁有阿肯色州大學(xué)授予的電氣工程學(xué)士學(xué)位（BSEE）和電氣工程碩士學(xué)位（MSEE）。