三端并聯(lián)穩壓器的隱藏應用

　引言
　　眾多半導體公司均推出了三端并聯(lián)穩壓器 (three-terminal shunt regulator)。此類(lèi)器件帶有內部基準精確度、運算放大器及內部并聯(lián)晶體管，以精確控制供電電壓。圖 1 給出了典型的電路應用。三端并聯(lián)穩壓器是廉價(jià)的半導體器件，除了并聯(lián)穩壓器以外，其還具備其他有用的電源設計應用。這種半導體器件可用作廉價(jià)的運算放大器，用于控制回路反饋。該器件還可同晶體管及無(wú)源組件協(xié)同使用，又可用于快速自舉電路。此外，這種器件經(jīng)過(guò)配置，還可作為低功耗輔助電源工作，在輕負載操作條件下為脈寬調制器 (PWM) 控制器供電。
　　運算放大器：
　　在設計包含 PWM 而不含電壓放大器的電源設計時(shí)，系統設計人員可采用并聯(lián)穩壓器作為廉價(jià)的運算放大器。圖 2 給出了這種應用的功能結構圖。方程式 1 解釋了這種補償網(wǎng)絡(luò )的小信號傳輸函數的數學(xué)原理。
　　(1) 
　　注釋?zhuān)悍匠淌?1 建立在 Rbias << Rz 的基礎上。
　　我們可向電路添加光耦合器，以實(shí)現一定程度的電隔離 (galvanic isolation)。圖3給出了隔離的反饋電路示意圖。電阻器R₁用于向光耦合器及TL431施加偏壓。電阻器R₃和二極管D₁提供一個(gè)固定的偏置，以保證偏壓電阻R₁不會(huì )形成反饋路徑。電阻器R₁和 R₂用于控制整個(gè)光耦合器上的增益。在大多數設計中，R₂與R₁之比大致設置為十比一。光耦合器帶有高極點(diǎn)頻率 (fp)。通過(guò)采用網(wǎng)絡(luò )分析儀，我們會(huì )發(fā)現許多應用中的極點(diǎn)約為10kHz。

　　自舉電路：
　　在開(kāi)關(guān)電源設計中，脈寬調制器IC通常由輔助繞組供電，有關(guān)情況可參見(jiàn)圖4。啟動(dòng)這種電路需要連續補充充電電阻(Rt)和吸持電容(Ch)。為了盡可能降低功耗，我們要讓補充充電電阻盡可能大。吸持電容也應較大，因為它在電源開(kāi)始開(kāi)關(guān)之前都會(huì )向PWM提供能量。

　　我們可用一支雙極管和一些電阻器來(lái)配置并聯(lián)穩壓器，以加速自舉時(shí)間，請參見(jiàn)圖5。通過(guò)R_d的電氣元件C、D₁、Q₁以及Ra構成自舉電路。在上電時(shí)，電容器C將完全放電，而PWM電源輸入處的電壓(Vaux)將由串聯(lián)旁路穩壓器(series-pass regulator)決定，旁路穩壓器則通過(guò)Q₁及 D₁控制。啟動(dòng)狀態(tài)下的 Vaux 電壓是其峰值電壓 (Vaux-peak)，其值由電阻器R_a和R_b之比決定。電容器C和電阻器R_cz則用于決定計時(shí)情況以及自舉電路的關(guān)閉電壓，從而節約能量。電阻器R_d為 TL431提供偏流，而電阻器R_e則限制電流，以保證晶體管Q₁處于安全的工作區域(SOA)。
　　設置電路并不太困難。我們選擇電阻器R_a和R_b來(lái)設置峰值充電電壓 (Vaux-peak)。
　　(3) 
　　選擇電阻器R_c來(lái)降低并聯(lián)電壓，使之低于額定的 Vaux電壓(Vaux-nominal)，該額定Vaux電壓由輔助繞組提供。
　　(4)
　　電容器 C 設置自舉時(shí)間 (Tboot)。
　　(5)

　　低功耗 PWM 偏置電源：
　　在某些電源中，PWM 由類(lèi)似圖 4 所示電路的輔助繞組供電。這種電路的問(wèn)題在于，在輕負載工作情況下，輔助繞組中存儲的能量不足以給 IC 供電。電源的工作情況甚至會(huì )變得難以估計，因為 PWM 將不斷開(kāi)關(guān)。圖 6 所示的電路給出了解決這種問(wèn)題的辦法，即采用串聯(lián)旁路穩壓器，在輕負載條件下啟動(dòng)，而在偏置繞組可以為 PWM 控制器供電情況下關(guān)閉。