在開關電源中電源反饋隔離電路由光電耦合器如PC817以及并聯穩壓器TL431所組成,其典型應用如圖3所示。當輸出電壓發生波動時,經過電阻分壓后得到取樣電壓與TL431中的2.5V帶隙基準電壓進行比較,在陰極上形成誤差電壓,使光耦合器件中的LED工作電流生產相應的變化,在通過光耦合器件去改變TOPSwitch控制端得電流大小,進而調節輸出占空比,使Uo保持不變,達到穩壓目的。
圖3
反饋回路中主要元件的作用及選擇:R1R4R5主要作用是配合TL431和光耦合器件工作,其中R1為光耦的限流電阻,R4及R5為TL431的分壓電阻,提供必須工作電流以完成對TL431保護。
電源反饋隔離電路由光電耦合器PC817以及并聯穩壓器TL431 所組成,如圖1所示,其中R2為光耦的限流電阻,R3 及R4 為TL431 的分壓電阻,C1 作為頻率補償之用。光電耦合器的限流電阻R2 可由下式求得
式1
其中 VF 為二極管的正向壓降, IF 為二極管的電流。
若PC817 之耦合效率為η ,則所產生的集極電流IC 會與IF 之間關系式為:
IC =η . IF 式2
此時反饋電壓信號為:
Vf =Ic .R1 式3
輸出電壓Vo ,則由TL431內部2.5V之參考電壓求得:
應用原理
輸出電壓取樣由R3與R4完成,TL431參考極接R3與R4之間,輸出為5V時,TL431的參考極為2.5V,陰極電流穩定,當電源電壓發生變化時,比如上升,則TL431參考極電壓大于2.5V,則陰極電流增加,與此同時,光耦的LED電流增加,由于采用的是線性光耦,故光耦的輸出電流也增加,TOP414G的C極電流增加后使得占空比降低,從而使得輸出端電壓降低,同時光耦的LED電流下降,當輸出端電壓降低到5V以下時,TL431參考極電壓低于2.5V,陰極電流為0,光耦不工作,TOP414G的C無電流,他的占空比將上升以提高輸出電壓,由此實現負反饋穩壓。
TLP521的原邊相當于一個發光二極管,原邊電流If越大,光強越強,副邊三極管的電流Ic越大。副邊三極管電流Ic與原邊二極管電流If的比值稱為光耦的電流放大系數,該系數隨溫度變化而變化,且受溫度影響較大。作反饋用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現反饋,因此在環境溫度變化劇烈的場合,由于放大系數的溫漂比較大,應盡量不通過光耦實現反饋。此外,使用這類光耦必須注意設計外圍參數,使其工作在比較寬的線性帶內,否則電路對運行參數的敏感度太強,不利于電路的穩定工作。
通常選擇TL431結合TLP521進行反饋。這時,TL431的工作原理相當于一個內部基準為2.5 V的電壓誤差放大器(輸出的電壓進行誤差放大比較,然后將取樣電壓經過光電偶合器反饋控制脈寬占空比,達到穩定電壓的目的),所以在其1腳與3腳之間,要接補償網絡。
TL431是由德州儀器生產的可控精密穩壓源,實物如圖2-3所示。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從2.5V到36V范圍內的任何值。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω,在很多應用中用它代替穩壓二極管,例如,數字電壓表,運放電路,可調壓電源,開關電源等。圖2-2所示為TL431引腳排列與使用連線圖。
常見的光耦反饋第1種接法。Vo為輸出電壓,Vd為芯片的供電電壓。com信號接芯片的誤差放大器輸出腳。注意左邊的地為輸出電壓地,右邊的地為芯片供電電壓地,兩者之間用光耦隔離。圖2-3所示接法的工作原理如下:當輸出電壓升高時,TL431的1腳(相當于電壓誤差放大器的反向輸入端)電壓上升,3腳(相當于電壓誤差放大器的輸出腳) 電壓下降,光耦TLP521的原邊電流If增大,光耦的另一端輸出電流Ic增大,電阻R4上的電壓降增大,com引腳電壓下降,占空比減小,輸出電壓減小;反之,當輸出電壓降低時,調節過程類似。
高于反相端電位的形式,利用運放的一種特性—當運放輸出電流過大(超過運放電流輸出能力)時,運放的輸出電壓值將下降,輸出電流越大,輸出電壓下降越多。因此,采用這種接法的電路,一定要把PWM(脈沖寬度調制)芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上,且必須是同向端電位高于反向端電位,使誤差放大器初始輸出電壓為高。
圖2-3所示接法的工作原理是:當輸出電壓升高時,原邊電流If增大,輸出電流Ic增大,由于Ic已經超過了電壓誤差放大器的電流輸出能力,com腳電壓下降,占空比減小,輸出電壓減小;反之,當輸出電壓下降時,調節過程類似。
常見的第3種接法,如圖2-4所示。與第一種基本相似,不同之處在于多了一個電阻R6,該電阻的作用是對TL431額外注入一個電流,避免TL431因注入電流過小而不能正常工作。實際上如適當選取電阻值R3,電阻R6可以省略。調節過程基本上同1接法一致。
常見的第4種接法,如圖2-4所示。該接法與第2種接法類似,區別在于com端與光耦第4腳之間多接了一個電阻R4,其作用與第3種接法中的R6一致,其工作原理基本同接法2。
反饋方式1、3適用于任何占空比(接通時間與周期之比)情況,而反饋方式2、4比較適合于在占空比比較小的場合使用。