基于TL431的反激式开关电源设计--张明志
基于TL431构成的自激式Buck变换器
基于TL431构成的自激式Buck 变换器的分析与测试作 者：葛中海摘 要：本文讨论了Buck 变换器的基本模型及自激式Buck 变换器实例电路，分析了变换器工作于CCM 模式和DCM 模式的特点，指出影响开关频率的因素。
关键词：Buck 变换器 占空比 CCM DCM1．Buck 变换器概述Buck 变换器也称降压型变换器。
如图1所示Buck 变换器的模型电路，开关管受PWM 控制。
当开关管VT 闭合时，加在电感L 两端的电压为)(O I V V -，二极管VD 因承受反压而截止，电感电流线性上升，电压左正右负，电源给电容O C 充电及给负载供电。
当开关管断开时电感反激电压左负右正，二极管VD 导通；电感电流线性下降，电容O C 放电及给负载供电。
图1 Buck 变换器如图2所示Buck 变换器的工作波形。
图2（a ）中，当开关管VT 和二极管VD 分别关断时，VT 的ce V 、VD 承受的反向电压rd V 均为I V 。
ON t 期间，电感L 由电压)(O I V V -励磁、储存能量，磁通量增加；OFF t 期间，输出电压O V 与开关导通时方向相反加到电感L 上消磁、释放能量，磁通量减少。
根据“伏·秒相等原则”，则有如下等式成立。
()ON O I t V V ⨯-=OFF O t V ⨯考虑到O N O FF t T t -=，上式可以转化为I I ON O V D V Tt V ⨯=⨯=（a ）CCM 工作模式 （b ）DCM 工作模式图2 Buck 变换器的电压波形由于整个周期中电感电流L I 始终没有降到零，这种工作模式称为CCM 模式。
在此状态下，如果把电感的电感量减小或负载减轻，减到一定条件下会出现图2（b ）所示电感电流L I 降到零的DCM 模式。
电感电流降为零期间（OFF t -'O FF t ）相当于导线，故，这期间VD 承受的反向电压rd V 等于O V ，VT 的ce V 等于)(O I V V -。
TL431放大器电路反馈回路设计方案
TL431放大器电路反馈回路设计在众多电路设计当中，TL431是一种被广泛应用于开关电源的可 控精密稳压源。
并且TL431拥有良好的参考电压和运放，所以能够很 好的减少在控制回路上的成本投入。
本篇文章主要对TL431的反馈回 路设计进行了探讨。
通常放大器反馈STAGEon* c on*Ci2 trVL lc, k- l(.♦I q f Vcc jjPWM Ve—* f. Ap口 I AGonirol Error'V rofVoltagef ii ；nrv hi ： If( turtfn tfuifuru f t rtlbm A1为R RPOWERPower Supply Output如图1,由运放和参考构成的电路（在非隔离电路通常由脉宽控制器提供）2型补偿网络.适用于被多数工程师采用的电流模控制.低频增益由R1C1提供.数倍低于带宽的频率有一个零点，中频带增益由R2比R1决定.根据功率部分特性确定的高频段，电路又是积分形式，增益由R1C2决定.波特图如下：Fifttfv 2- ?7 J?I (廿dm a Tyftt It \ittpifpt t•r ・ d *4rIl ■r| U< ■■ Jl10100tk10K100k 1MFraquonc> (Hz)尸妙w lb: Type " Gw 炉Boje Ph/i z 订 i "「n con用TL431实现分立器件的功能没什么不同.如图2.Stifp y i hripnfg 咁［Jb 1pnasfi {deg) n-40 '_「「亠100Vex13 Gnd区别是1. R5上拉电阻（提供足够电流）。
2. 431电路驱动能力不强，但输出接高阻抗，工作很好。
也是一个2型补偿网络。
TL431隔离应用图3是隔离的应用.ft5-AAArErrorVoltageVok i^urt J: I epical 1L43I with fhifpuf (tftdOptocoupler $ .uryiriv^ (11anuon* com与图2最大区别是输出不是电压Ve,而是光耦电流.电流由:TL431电压增益;R5; Vo决定.（图2传函与R5,Vo无关）.C3代表光耦输出电容和频响rolloff. 图3也是一个2型补偿网络.A.低频段：TL431放大器由C1R1构成的积分器的增益高，是补偿网络的主图4a给出低频等值电路B.中频段：TL431积分器达到单位增益，超过这点，积分器输出减弱.然而总 有Vo 通过R5流过光耦提供增益（它是中频段的主导）.图5给出中频 等值电路.交越频率在中频段，设计R5达到想要的交越频率。
TL431和PC817在开关电源反馈电路的设计及应用
TL431和PC817在开关电源反馈电路的设计及应用TL431和PC817在开关电源反馈电路的设计及应用有关精密并联稳压器TL431及通用光电耦合器PC871请参考本站相关介绍开关电源的稳压反馈通常都使用TL431 和PC817，如输出电压要求不高，也可以使用稳压二极管和PC817，下面我来通过以下典型应用电路来说明TL431,PC817 的配合问题。
电路图如下：R13 的取值R13 的值不是任意取的，要考虑两个因素：1)TL431 参考输入端的电流，一般此电流为2uA 左右，为了避免此端电流影响分压比和避免噪音的影响，一般取流过电阻R13 的电流为参考段电流的100 倍以上，所以此电阻要小于2.5V/200uA=12.5K.2)待机功耗的要求，如有此要求，在满足《12.5K的情况下尽量取大值。
TL431 的死区电流为1mA，也就是R6 的电流接近于零时，也要保证431 有1mA，所以R3<=1.2V/1mA=1.2K 即可。
除此以外也是功耗方面的考虑，R17 是为了保证死区电流的大小，R17可要也可不要，当输出电压小于7.5v 时应该考虑必须使用，原因是这里的R17 既然是提供TL431死区电流的，那么在发光二极管导通电压不足时才有用，如果发光二极管能够导通，就可以提供TL431 足够的死区电流，如果Vo 很低的时候，计算方法就改为R17=（Vo-Vk）/1mA（这里Vk=Vr-0.7=1.8v）；当Vo=3.3V 时R17 从死区电流的角度看临界最大值R17=（3.3-1.8）/1mA=1.5k，从TL431 限流保护的角度看临界最小值为R17=（3.3-1.8）/100mA=15Ω。
当Vo 较高的时候，也就是Vo 大于Vk+Vd 的时候，也就是差不多7.5v 以上时，TL431 所需的死区电流可以通过发光二极管的导通提供，所以这是可以不用R17。
R6 的取值要保证高压控制端取得所需要的电流，假设用PC817（U1-B），其CTR=0.8-1.6,取低限0.8，要求流过光二极管的最大电流=6/0.8=7.5mA,所以R6 的值<=(15-2.5-1.2)/7.5=1.5K,光二极管能承受的最大电流在50mA 左右，TL431 为100mA，所以我们取流过R6 的最大电流为50mA，R6>（15-2.5-1.3)/50=226 欧姆。
开关电源电路中的TL431(三)
开关电源环路中的TL431作者：安森美半导体产品线应用工程总监Christophe Basso 来源:电子设计应用2009年第6期采用TL431实现的3类补偿器图1所示是采用TL431的3类补偿器。
它创建了一个在原点处的极点f po、两个极点f p1和f p2，加上两个零点f z1和f z2。
得益于这个配置，设计人员能够在交越频率提升相位最多达180°的理论限制值。
图1 采用TL431构建的3类补偿器受到存在的快通道的牵制，而快通道会通过R LED引发额外的调制遗憾的是，如参考中描述的那样，这个特别布局中的LED电阻(R LED)充当两个角色：一个用于中频带增益，另一个用于额外的零点位置。
下面的传递函数对此进行了确认：因此，找出恰当的组合，让R LED在提供恰当增益的同时也提供所需要的零点位置，就仍能确保R LED满足最低偏置条件——这个道理易懂，实践起来却远非易事。
造成这种状况的原因就是快通道的存在，这快通道与由R1和R lower构成的分压器并联，是其中一部分输出电压经过的路径。
如果R LED完全用于偏置目的，且没有交流连接至输入电压V out，它就肯定会从等式(1)中所示的任何极点/零点组合中消失。
问题在于快通道问题来自于R LED连接至输入信号V out。
在典型的基于运算放大器的配置中，输入调制通过感测V out的R1和R lower电阻桥单独转换至输出。
在应用TL431的配置中，由于R LED连接至V out，R LED也会出现在调制通道，并充当传递函数的功能。
当C1短路时，也就是在高频时，V out调制通过电阻桥至LED的传输就消失，而TL431成为一个简单的齐纳二极管，固定着LED阴极电势。
然而，由于这条经R LED通往V out 的链路，调制仍然到达LED，并因此到达V FB，对光耦合器电流的影响如下所示：与上述等式相当的原理图如图2所示，其中，尽管R1/R lower和U1之间不存在链路(由于C1短路)，但单独流过R LED的调制电流仍会到达输出，如图中右侧所示。
基于UC3843的反激式开关电源设计【开题报告】
开题报告电子信息工程基于UC3843的反激式开关电源设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义伴随着计算机和电子技术的高速发展，电子设备的越来越小型化以及低成本化，这促使电源朝着轻、薄、小和高效率的方向发展。
上个世纪50年代，美国宇航局就以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭设计了开关电源。
在将近半个多世纪的发展过程中，开关电源由于具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点从而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并在电子整机与设备中得到了广泛的应用。
开关电源是采用功率半导体器件作为开关，通过调整开关的占空比控制输出电压，以功率晶体管（GTR）为例，在开关管饱和导通时，集电极和发射集两端的压降近似零；在开关管截止时，其集电极电流为零。
所以它的功耗小，效率可以高达70%~95%。
由于功耗很小，所以散热器也随之减小。
开关型稳压电源是直接对电网电压进行整流，滤波，调整，然后再由开关调整管来进行稳压，不需要电源变压器。
而且开关工作频率为几十千赫，滤波电容、电感器的数值很小，所以，开关电源就具有质量轻、体积小等优点，此外，由于开关电源的功耗小，机内温升较低，提高了电源的稳定性和可靠性。
在20世纪80年代，计算机已经全面实现了开关电源化，领先完成了计算机的电源换代。
在20世纪90年代，开关电源广泛的应用于电子、家电领域，开关电源进入了蓬勃发展时期。
到21世纪初，全世界开关电源的市场规模已经达到了166亿美元。
在我国，改革开放后，由于通信、家电等领域的迅猛发展，推动了电源市场的发展。
预计中国开关电源市场总额在70亿元人民币以上。
开关电源的基础是电力电子技术，它运用了功率变换器把电能进行变换，经过变换的电能就可以满足各种用电的要求。
由于其高效节能可以给我们带来巨大的经济效益，所以得到了社会各方面的重视从而能够得到推广。
开关电源的发展取决于各方面的因素。
功率半导体器件与变压器的发展都是开关电源发展的关键。
TL431开关电源电路中的应用
TL431的应用1、介绍后备式电源的安全运行需要将输入和输出隔离，这种隔离需要保证控制芯片不能直接对输入和输出电压进行侦测。
由于输入控制输出，一个用于控制输出的误差信号必须从输出得到，这篇应用文章主要讨论了一种应用 AS431和光耦 4N27 实现电压反馈的简单方法。
2、电源电路图一显示了一种简单的反激调整器，用电流型控制芯片 AS3842 控制输出， AS431 被用来侦测输出电压的参考和反馈误差放大器，并产生相应得误差放大信号，然后误差电压信号转化成误差电流信号通过光耦 4N27 送到原边。
3、光耦目前，光耦器件制造厂商在光耦元件的处理以及封装技术上得到了关键的提高，得到更好的传输比（ currenttransfer ratio CTR ）误差和更长时间的可靠性。
当设计光耦反馈电路的时候，设计人员应该注意到光耦正向二极管的电流，因为它直接关系到器件的电流传输比CTR 和器件长时间内的可靠性，就像灯丝一样，光耦二极管在遭受较高电流时将老化，损坏。
光耦的增益带宽随着二极管正向电流增加而相应增加，带宽的控制由输出晶体管参数的变化来调制。
值得一提的是，输出晶体管基极和集电极间的米勒电容将使光耦的带宽下降。
一个好的光耦反馈环不但需要提高整体可靠性，还需要保证系统的响应速度。
4、设计实例参考图二显示了反激电路电压反馈环，为了保证 5V 电压的稳定输出， Vcomp 必须跟随输出电压，输出电压通过两个 2.5k 的电阻分压，结果送到 AS431 误差反馈网络，误差反馈的输出电压 Vcathode 被转化成与二极管成比例的电流信号，此处光耦起到隔离原边二次侧的作用，并产生与二极管电流成比例的集电极电流（即光耦的三极管的集电极），因为光耦连接到 Vcomp 脚，光耦输出电流就是 Icomp 电流，在一般运行状态下，更高的输出电流促使Vcathode 下降，导致流过光耦二极管电流增加，发光二极管发光增强，使得三极管接受到的信号增加，使得集电极电流增加，即 Icomp 增加，从而使得 Vcomp 下降， Vcomp 下降使得 PWM 占空比减小，输出电压下降。
tl431在开关电源中稳压反馈电路的应用电路设计
tl431在开关电源中稳压反馈电路的应用电路设计
TL431是一种常用的精密可调节稳压器件，通常用于开关电源中的稳压反馈电路。
它可以作为一个误差放大器，用于控制开关电源的输出电压。
以下是一个简单的TL431稳压反馈电路的应用电路设计示例：
在这个电路中，TL431被用作误差放大器，它通过比较参考电压和反馈电压来控制输出电压。
具体的设计步骤如下：
设置参考电压：TL431的参考电压通过外部电阻网络进行调节，根据需要选择合适的参考电压值。
连接反馈回路：将TL431的输出与开关电源的反馈回路相连，通过比较输出电压和参考电压，控制开关电源的输出电压稳定在设定值。
选择外部元件：根据具体的需求，选择合适的外部电阻、电容等元件，以确保稳压反馈电路的性能和稳定性。
稳压调节：通过调节外部电阻来调节输出电压的设定值，使得开关电源的输出电压符合要求。
需要注意的是，具体的电路设计需要考虑到开关电源的整体设计和控制要求，以及TL431的工作特性和参数。
此外，为了确保电路的性能和稳定性，建议在设计过程中进行仿真和实际测试验证。
开关电源环路中的TL431(四)
开关电源环路中的TL431作者：安森美半导体产品线应用工程总监Christophe Basso 来源:电子设计应用2009年第7期稳定CCM 65W反激式转换器反激式转换器在笔记本适配器市场很普及，这种转换器工作在电流模式控制，使其非常适合于低成本且坚固的结构。
这类转换器的典型应用如图1所示。
其中的控制器采用了NCP1271，这一器件工作在固定频率电流模式控制，包含众多的实用特性，如基于定时器的短路保护、提供利于抑制电磁干扰(EMI)信号的频率调制技术，以及工作在软工作模式的跳周期功能，以满足没有可听噪声时的待机能耗要求。
这些转换器通常用于低电源输入时工作在连续导电模式(CCM)以降低导电损耗，而在高电源输入时自然转换到非连续导电模式(DCM)工作。
在本文的案例中，假定硬件设计已经完成，这表示已经选择好变压器初级电感L p、变压器匝数比N及剩余元件。
TL431单独考虑，等待选择补偿元件。
图1 采用NCP1271，包含频率抖动振荡器的典型反激式转换器首先要做的事情是获取电流模式反激转换器的控制至输出的传递函数，即所谓的开环受控体传递函数。
有几种方法来实现这个目标：1. 解析出所考虑转换器的小信号模式，并使用自动化数学工具析取电源段响应的幅度和相位。
CCM电流模式转换器的幅度等式相当复杂，如等式(1)所示。
可看到等式中的不同极点/零点，以及位于开关频率fn一半频率处、受品质系数Q p影响的2个次谐波极点。
相位也要单独计算，确保产生完整的波特图。
第二个条件等式上的负号显示f z2实际上是一个右半平面零点(RHPZ)。
诚然，这些公式表示单独计算所有项，且需要极仔细地计算最终结果及标波特图。
此外，它们只适用于CCM模式。
如果转换器转换至DCM模式，这些等式就需要进行更新，拖长了本研究的时间。
如果理解如何得出这些结果的技术对于声称掌握开关电源环路控制的人是至关重要的，这些公式的实际应用就局限于轻松进行数学分析的人。
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基于TL431的反激式开关电源设计张明志淮北师范大学物理与电子信息学院 235000摘要本设计是基于TL431设计反馈电路的一种反激式开关电源。
反激式开关电源的优点是其电路简单、体积小便于携带、输出电压稳定性高。
随着信息技术的迅速发展，反激式开关电源适用于小功率场合且易于推广使用。
本电源设计主要讲述了开关电源的基础知识和反激式开关电源的基本原理设计、集成芯片的使用和外围电阻的确定、由TL431和PC817构成的反馈电路及课题研究得出的结果。
文讲述了利用反激式开关电源的基本原理设计出了供非常规用电设备使用的非常规开关电源，课题研究结果得出它的输出电压稳定性高，且输出电流大，具有实用性。
同时，我们还可以根据本论文的设计原理通过改变占空比和芯片外围电阻值制作不同输出的开关电源（输出功率要在100W以内），供应日常生活的小功率电器使用。
关键词开关电源；反激式；TL431；UC3842；反馈电路The flyback type switch power supply design based on TL431Zhang MingzhiSchool of Physics and Electronic Information, Huai Bei Normal University, Anhui Huaibei, 235000 Abstract A high precise and reliable single-ended flyback switching power supply was designed and made in this paper,whose current controller consisted of alinear photoelectric couple. The closed-loop feedback of TL431 was used to realize switching power supply’s stable pared with general switching power supply, the power’s had been with the advantages of high switch frequency,small switch loss, high reliability and so on.With the rapid development of Information Technology,the flyback switching power supply was used widely in low power application.The design and application of a new single-output single flyback switching power supply was proposed in this paper.The paper had been analyzed flyback switching power supply of their working principle and the basic knowledge ,and introduced a few major chip functions and the use of the pin and the research results.Of course,the realization of the feedback circuit based on TL431 and PC817 was presented in the paper.An unconventional-output and single-ended flyback switching power supply was designedand made in this paper,whose the basic principle consists of the flyback type switch power supply.The article had been introduced an unconventional flyback power supply.The flyback power supply had been with the advantage of output current large and stable voltage.Concurrently, we can also use the small power electrical appliances in the daily life,which we will make according to the principle of the flyback switching power supply in this power.Keywords Switching power supply;Flyback;TL431;UC3842;feedback circuit目次1 绪论 (1)1.1 开关电源简介 (1)1.2 开关电源基本原理 (2)2 基于TL431的反激式开关电源设计 (4)2.1 TL431简介 (4)2.2 PC817简介 (6)3 反激式开关电源设计 (8)3.1 反激式开关电源主电路 (8)3.2 反馈电路 (11)3.3 电路检测 (14)3.4 辅助电源 (20)4 测试方法与数据 (21)4.1 测试方法与数据 (21)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1 绪论1.1 开关电源简介整个通信系统的动力源是开关电源系统，开关电源系统也被称为通信系统的“心脏”，可见他占有极其重要的地位。
随着我国电子技术高速、迅猛的发展，越来越离不开开关电源，，同时对开关电源的精度要求也越来越高。
开关电源是开关稳压电源的简称，它是一种由周期性通断开关来实现控制开关电源占空比从而调整输出电压的用脉宽调制驱动功率半导体器件的电源电路[1]。
开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。
开关电源的基本构成DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。
输出采样电路由TL431芯片检测输出电压变化，与基准电压比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。
1. 开关电源的电路结构比较复杂，但是和线性电源相比有如下几个突出的优点：1) 功耗小，效率高。
再有信号激励的情况下,功率晶体管在饱和导通与截止的卡爱管状态交替工作,转换频率可以达到几十到几百kHz。
使得功率管的功耗小，因此电源的效率也得到了很大的提高。
2) 体积小，重量轻。
由于功率晶体管的功耗小省去散热片的缘故，同时开关电源又省去采用笨重工频变压器的缘故，使得开关管电源的体积不但减小了，而且重量也变轻了。
3) 稳压范围宽。
当工频电网电压变化较大或者负载变化较大时，开关电源的输出电压任然能够高效稳定的输出，因为输出电压的变化可以通过占空比或调整脉冲宽度来调节。
所以它有着较宽的稳压范围和良好的稳压效果[2]。
4) 滤波电容的容量和体积大为减小。
开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，滤波的效率大为提高。
在相同的纹波输出电压的要求下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量大大的缩小了。
5) 电路形式灵活多样。
在设计开关电源时我们可以采用反激式、正激式；推挽式、板桥式；调频型、调宽型等等。
1.2 开关电源基本原理1. 开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。
1) 主电路冲击电流限幅：限制接通电源瞬间来自电网的浪涌电流。
输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍杂波反馈回电网造成污染。
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
2) 反馈电路经过输出端得到的采样电压与基准电压进行比较后，使得反馈电路起到对电源的保护作用，使得开关电源电压稳定输出。
3) 检测电路通过电路检测得到的正在运行中各种参数和各种仪表数据提供给保护电路。
4) 辅助电源除主电路外的为其他电路单元提供工作的电源。
为电源提供芯片的驱动电压，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。
在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。
一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。
最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压[3]。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。
他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。
2 基于TL431的反激式开关电源设计2.1 TL431的简介本设计的基准电压和反馈电路采用常用的基准稳压器TL431来完成，在反馈的应用中运用采样电压通过TL431限压。
由于TL431具有体积小，基准电压精密度高可调，输出电流大等优点，所以用TL431可以制作多种稳压器。
其性能是输出电压连续可调达36V。
工作电流范围可达0.1mA~100mA。
动态电阻典型值为0.22欧姆，输出杂波低。
最大输入电压为37V，最大工作电流为150mA。
内基准电压为2.5V，输出电压范围宽2.5~36V。
TL431是美国一家公司生产稳压器。
它的可调范围是2.5~36V，其性能优良，价格低廉，可广泛应用于单片精密电源或精密线性稳压电源中[4]。
图1 TL431的电器符号图和等效电路图图1，A为阳极，使用时需接地；B为阴极，使用时需经限流电阻接正电源，UREF是输出电压Uo的设定端；外接电阻分压器；NC为空脚[5]。
1. TL431的等效电路图如图所示，主要包括：1) 误差放大器A端，其同向输入端接从电阻分压器上得到的取样电压，反相则接内部为2.5V的基准电压Uref,并且使设计的端电压等于其基准电压：UREF=Uref (2-1)通常情况下UREF也为2.5V，因此也称为基准电压。