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開關電源的電壓基準器件產品特點和工作原理

更新時間:2023-09-07點擊次數:614

開關電源基準的獲得方式


基準電源器件在開關電源中是一個重要的器件,它主要用于作為反饋的比較基準。
開關電源的比較基準一般有如下三種獲得方式:
1) 使用芯片內部基準電源。
2) 使用穩壓管。
3) 使用基準電源器件。
第一種方式比較方便,但靈活性往往受到限制;第二種則控制精度比較差。要達到比較精密的控制調節效果,建議采用基準電源器件作為誤差比較基準。


基準電源器件的類型及其工作原理


這種基準器件分為串聯型和并聯型兩種。

image.png

圖1:并聯基準與串聯基準


1.并聯基準
如上左圖,并聯基準與負載是并聯的。
UREF=Uin-IFRS=Uin-(IQ+IL)RS
當負載電流發生變化時,通過調節IQ來保持UREF穩定。
這類器件有:LM358、AD589等。
2.串聯基準
如上右圖,串聯基準與負載是串聯的。
UREF=Uin-IFRS=Uin-(IQ+IL)RS
當負載電流發生變化時,通過調節RS來保持UREF穩定。
這類器件有:AD581、REF192、TL431等。


TL431基準電源器件


這個器件在電源中使用率最高,這里簡單介紹該器件。
(一)TL431簡介


image.png

圖2:TL431結構及原理


德州儀器公司(TI)生產的TL431是一是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5V)到36V范圍內的任何值(如圖2)。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω。
圖2左圖是該器件的符號。3個引腳分別為:陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。
由圖可以看到,VI是一個內部的2.5V基準源,接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知,只有當REF端(同相端)的電壓非常接近VI(2.5V)時,三極管中才會有一個穩定的非飽和電流通過,而且隨著REF端電壓的微小變化,通過三極管的電流將從1到100mA變化。當然,該圖絕不是TL431的實際內部結構,所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用TL431的電路時,這個模塊圖對開啟思路,理解電路都是很有幫助的。
(二)TL431的應用
前面提到TL431的內部含有一個2.5V的基準電壓,所以當在REF端引入輸出反饋時,器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流,控制輸出電壓。如圖3所示的電路,當R1和R2的阻值確定時,兩者對Vo的分壓引入反饋,若V o增大,反饋量增大,TL431的分流也就增加,從而又導致Vo下降。顯見,這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩定,此時Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內的任意電壓輸出,特別地,當R1=R2時,Vo=5V。需要注意的是,在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件,就是通過陰極的電流要大于1 mA 。
當然,這個電路并不太實用,但它很清晰地展示了該器件在應用中的方法。將這個電路稍加改動,就可以得到在很多實用的電源電路,如圖4。
一般地,在陰極和參考端之間,可以引進R、C串聯網絡,以做相位補償。


image.png

圖3:推薦的應用電路及電壓輸出


圖4是一個簡單的+5VDC穩壓電路。
作為基準器件,TL431可以在恒壓源、恒流源等電路中廣泛采用。我們前面講到的開關電源,就廣泛地使用這個器件作為比較基準。