TL431的反馈回路设计
开关电源环路中的TL431
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4期通过极点和零点创建相位提升环路补偿的原理，在于当转换器工作在闭环时，确保所有工作条件下都有安全的相位和增益裕量。
相位增益意指在交越频率fc下环路增益T(s)的总相位旋转小于-360°，相反，总相位旋转是-360°时，相位增益容许环路增益模块与0dB轴之间存在距离。
为确保顾及这些设计条件，必须插入一个补偿电路G(s)，其任务是在选定频率下改变环路增益，使其穿越0dB轴，以及在所考虑到的频率下具备足够的相位和增益裕量。
应该如何选择交越频率呢？举例来说，有的设计人员武断地选择开关频率的1/5作为交越频率。
更好的方法是根据规范表中列出的最大下冲值来分析获得0dB轴上的交越点。
参考文献1中介绍了获得0dB交越点的一个合适方法。
为方便起见，可假定交越频率为1kHz，并以此为例展开讨论。
图1 采用电流模式工作的反激转换器的典型电源转换段重要的第一步从电源段波特图开始，这就是记作H(s)的函数，如图1所示。
它是具有斜坡补偿特性的隔离型电流模式CCM反激转换器的响应。
这个波特图可以采用基准测试数据、解析性分析或使用SPICE仿真器来获得。
从图中可以发现，增益缺额为-22dB，相位旋转为-63°，这两个值都是在选定的1kHz交越频率读取的。
为获得良好的输入抑制，需要较小的输出静态误差、低的输出阻抗和大的直流增益。
原点处的极点可以满足这个要求。
就数学等式而言，原点处的极点表述为下述形式：遗憾的是，将极点恰当置于原点会导致永久的相位旋转。
而且，由于使用运放或采用反向配置接线的TL431，总相位旋转将达到-270°。
因此，如果将这-270°的相位旋转与电源段-63°的相位旋转相加，最后会得到-333°的总环路相位旋转。
这就为设计提供了27°的裕量，避免冲击到-360°的限制。
tl431可调电源电路图分析tl431几种不常见的接法
tl431可调电源电路图分析tl431几种不常见的接法描述tl431可调电源电路图分析精密电压基准IC TL431是我们常见的精密电压基准IC ，应用非常广泛。
其输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达0.1--100mA，动态电阻典型值为0.22欧，输出杂波低。
图1是利用它作电压基准和驱动外加场效应管K790作调整管构成的输出电流大(约6A)、电路简单、安全的稳压电源。
工作原理：220v电压经变压器B降压、D1-D4整流、C1滤波。
此外D5、D6、C2、C3组成倍压电路(使得Vdc=60V)，Rw、R3组成分压电路，T1431、R1组成取样放大电路，9013、R2组成限流保护电路，场效应管K790作调整管(可直接并联使用)以及C5是输出滤波器电路等。
稳压过程是：当输出电压降低时，f点电位降低，经T1431内部放大使e点电压增高，经K790调整后，b点电位升高;反之，当输出电压增高时，f点电位升高，e点电位降低，经K790调整后，b点电位降低。
从而使输出电压稳定。
当输出电流大于6A时，三极管9013处于截止，使输出电流被限制在6A以内，从而达到限流的目的。
tl431几种不常见的接法下面是日常中几种并不常见的接法：图(1)是TL431的典型接法，输出一个固定电压值，计算公式是：Vout = (R1+R2)*2.5/R2，同时R3的数值应该满足1mA < (Vcc-Vout)/R3 < 500mA。
当R1取值为0的时候，R2可以省略，这时候电路变成图(2)的形式，TL431在这里相当于一个2.5V稳压管。
利用TL431还可以组成鉴幅器，如图(3)，这个电路在输入电压Vin < (R1+R2)*2.5/R2 的时候输出Vout为高电平，反之输出接近2V 的电平。
需要注意的是当Vin在(R1+R2)*2.5/R2附近以微小幅度波动的时候，电路会输出不稳定的值。
TL431可以用来提升一个近地电压，并且将其反相。
TL431工作原理和应用电路
一、TL431介绍TL431是由美国德州仪器公司（TI）和Motorola公司生产的2.50~36V 可调精密并联稳压器，它是一种具有可调电流输出能力的基准电压源，TL431系列产品包括TL431C、TL431AC、TL431I、TL431AI、TL431M、TL431Y，共6种型号。
它们的内部电路完全相同，仅个别技术指标略有差异。
二、TL431内部结构该器件的符号如图1，三个引脚分别为：阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)，参考电压为2.5V。
由内部电路图图2可以看出，它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成，其中晶体管V1构成输入极，V3、V4、V5构成稳压基准，V7和V8组成的镜像恒流源与V6、V9构成差分放大器作中间级，V10、V11形成复合管，构成输出，其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用，在原理上它是一个单端输入、单端输出直流放大器。
如其等效功能示意图如图3所示，由一个2.5V的精密基准电压源、一个电压比较器和一输出开关管等组成，参考端的输出电压与精密基准电压源Vref相比较，当参考端电压超过2.5V时，TL431立即导通。
三、TL431常用应用电路1、并联稳压器这是431用得最多的电路，输出电压Vout=(1+R1/R2)Vref。
选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，VO=5V。
由于参考极输入用的是射极跟随器，因此具有很高的输入阻抗，而输入电流很小。
对于此电路，基本分析步骤为：1）确定稳压电压2）确定负载最大电流3）根据输入电压Vin、稳压电压，限流电阻R确认TL431的工作电流（1mA~100mA）4）算出限流电阻R的功率，P=（Vin-Vout）*（Vin-Vout）/R，选择合适的电阻R例如输入电压12V，输出电压为3.3V，根据TL431的Ref引脚只需要uA级的电流就看实现稳压，因此R1和R2可选择K级电阻，K1这里选择15K，那么K2为47K，输出电压3.297V；负载电流Iout假设是30mA，流过TL431的电流IKA可以按照最小值1mA计算，那么输入电流Iin=Iout+IKA=31mA，那么电流电阻R≤（Vin-Vout）/Iin≈280Ω，可以取220欧姆，此时电阻功率P≈344mW，电阻可取3/4W的2010封装贴片电阻。
TI的TL431反馈应用
TI的TL431反馈应用
1 TL431的简介
德州仪器公司(TI)生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。
它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值(如图2)。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。
3个引脚分别为：阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)。
TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。
由图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。
由运放的特性可知，只有当REF端(同相端)的电压非常接近VI(2.5V)时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图1 的电流将从1到100mA变化。
当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。
但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有。
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。
TL431与光耦反馈回路设计光耦转换前后的电压增益。。。
前言：回授迴路的設計需要仔細地思考與分析。
未被發現的不良回授路徑很容易被忽略，並且會危害電路設計。
本文將探討一種常見的回授電路，與設計人員所面臨的潛在問題，並將提出這些問題的解決方案。
TL431／光耦合器回授電路TL431與光耦合器是電源轉換器設計人員常用的一種組合。
但若不謹慎思考與設計，此組合會讓工程師感到十分棘手。
本文將討論許多經驗不足甚至連部份有經驗的設計人員皆容易落入的窠臼。
圖1是典型電路。
R1與R2組成的電阻分壓器在輸出電壓達到目標值時，會讓R1與R2的接點電壓剛好等於TL431的內部參考電壓。
電阻R3以及電容C1與C2提供TL431所需的回授迴路補償以便穩定控制迴路。
迴路增益值決定後，即可計算這些元件值並將它們加在一起。
圖1：典型的TL431回授電路。
圖1的TL431電路增益可由下列公式計算：其中Zfb等於:ω則代表角速度（radians/sec）。
光耦合器迴路增益＝（R6/R4）×光耦合器電流轉換比（Current Transfer Ratio；CTR），設計人員必須知道光耦合器的電流轉換比，才能計算該增益。
但實際轉移函數是由光耦合器的LED電流決定，所以圖1的TL431電路總增益還包括另一因數。
該函數是（Vout-Vcathode）／R4，其中Vout等於進入TL431的Vsense電壓，這使得TL431與光耦合器的「總增益方程式」等於：上式的+1項在本文裡代表「隱藏」的回授路徑，只要Zfb/R1遠大於1即可忽略。
在後面的示波器圖片中，將進一步解釋和顯示該項的影響，我們現在先假設這個公式是正確的。
設計人員只要將電源轉換器的各項增益元素相乘，就能得到不考慮回授電路影響下的轉換器開迴路增益。
這些元素包括：變壓器圈數比；PWM主動輸出濾波器元件效應和TL431增益以外的相關負載效應；以及光耦合器的影響。
轉換器會在特定的開關頻率下操作。
設計人員知道開迴路總增益須在低於該頻率6分之1的某個點跨過0dB，因此多數設計人員會留下適當的元件公差，其它人則會將跨越點設計在大約該頻率10分之1的位置。
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。
利用光耦搭建TL431反馈回路
利用光耦搭建TL431反馈回路
课程介绍光耦左边的部分我们已经设计完成了，我们开始设计右边的部分。
右边的电压我们要想对这个15V进行一个精准的调节。
如果超过15V，比如15.5V或者16V就会转换成一个电流的变化。
而光耦是电流型的，我们说过所有电流型的器件包括二极管和三极管等，都会受到温度和湿度的影响。
尤其是二极管和三极管工作在放大区的时候，更容易受到温度的影响。
运放内部为什么可以呢，因为其内部做了对温度的补偿。
我们想要知道是不是真正的15V，可以采用一个内部电压，让外部电压和内部电压比较，从而推断出外部电压的大小。
所以我们必须要有一个器件，内部有一个很精准的参考电压，除了我们之前说过的555等芯片，还有一种器件就是大家之前经常用到的TL431。
学习获得：
学习隔离式反激开关电源设计
1、反激开关电源的设计思路，拓扑结构及原理框图讲解
2、驱动电路设计
3、经典驱动芯片UC3842 内部结构讲解
4、频率设计讲解
5、吸收电路设计及作用讲解
6、功率开关管MOSFET的开关速度，发热因素及选型讲解
7、输出电路设计
8、MOSFET选型，吸收电路器件选型，输出二极管选型，输入输出电容等重要器件参数计算。
9、电流环设计
10、电压环设计
11、经典基准电压源TL431 内部结构讲解
12、光耦的应用讲解
13、TL431、光耦组合电路参数计算。
TL431的应用电路图
TL431的应用电路图TL431在电源里面应用非常的广泛，最常见的应用就是在输出反馈电路上面。
下面我来介绍下在几种常用的电路，在应用TL431之前，先要清楚的知道下面几个点。
1、TL431的KA之间最大只能承受36V的电压。
2、KA之间需要流过1mA的电流才能正常工作。
3、低动态输出阻抗：0.22Ω（典型值）。
4、TL431的工作温度一般都是85℃，在应用的时候需要注意环境温度。
下面来介绍下TL431用来提供一个参考电压的电路图2，这个VKA电压就是等于TL431内部的基准电压Vref=2.5V，这里应用的时候需要注意下，R这里有很多的人都接一个1uF的电容对地，这里不需要接电容，如果接电容的话也是接一个1nF或是10uF的，如果是1uF的有可能引起振荡。
如果我需要一个大于2.5V的电压并且精度要求比较高那么我们就可以应用图3的电路，VKA=Vref（1+R2/R1）这里需要注意的是R1的取值一般是根据R1上面流过的电流来选取，因为TL431的R极是有一个偏置电流的，这个偏置电流都是非常的小一般是几微安的电流很多时候我们计算的时候都是没有考虑这个偏置电流的，这是因为R1上面流过的电流是远远大于偏置电流，所以没有去考虑。
为此在选取R1的时候一般都是让R1上流400uA-2mA之间的电流，如果选择1mA的话，那电阻R1=2.5V/1mA=2.5K的电阻，实际应用中可能选择了2.3K的电阻或是2.7K电阻。
TL431应用到恒流电路里面应用：在一些简单的电路里面要求电流恒定的时候，就可以应用下面的电路，下面只是一个给电池充电的简单电路，充电电流IC=Vref÷Rcs，在个电路里面的应用一般都是对于小电流的电池充电，因为Rcs上面的电压要达到2.5V,是一个恒定的电压，只有限流电阻上面的电要恒定，电阻不变才能实现恒流充电，电流大时Rcs电阻小，电阻上面的损耗功率比较大。
电阻上面的损耗，如果是大电流的就要应用其他的电路了。
基于TL431的反激式开关电源设计学士毕业论文
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。
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TL431内部有较好的参考电压和运放,成为工业界减少控制回路成本的好方法.
本文是有关TL431的反馈回路设计.
1．通常放大器反馈
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R1 C1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:
用TL431实现分立器件的功能没什么不同.如图2.
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.
******图太多,不贴了,详细的见pdf file.*******************
2． TL431 隔离应用
图3是隔离的应用.
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,是补偿网络的主导.
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.
C. 高频段:
高频段遇到光耦自身的极点(由图6a中C3代表).图6b显示光耦增益的折点.好的光耦能到10k.然而折点是偏值电流的函数.大电流对应高带宽.在额定电流下取小R5.(有些R5被集成在控制器中不易改变).
D. 合成:
将低中高频合成,还是一个2型补偿网络.
见到许多电路用TL431作为稳压管,没有在低频得到好处(R1C1). 由于理解不好和没有测量验证,导致坏的瞬态响应和负载调整率.
3． TL431 回路测量
测量闭环频响特性电路如图8,也可以在C点测量.
4．二级滤波
在要求低噪声的应用中用二级滤波,如图9.R5在滤波电感前,另一路通过积分器,在滤波电感后.如果二级滤波谐振是衰减的并且谐振频率超过补偿网络的第一个零点(TL431的单位增益频率),则电路稳定.这是一个非常有用有趣的电路.二级滤波额外的相位延迟和极点通过积分器直接在回路中显示出来,但当TL431增益的小于单位增益时(超过全部补偿的零点时)这不改变回路的响应.
在R6的反馈支路,有一个扰动,这个扰动依赖于二级滤波谐振的衰减,但相位和没有二级滤波一样.
二级滤波回路的测试是一个问题,在C点测量是一个选择,但由于原边的高电压和测试困难(这不是主要的,主要的是C点的阻抗高),可以把电感短路(但要保证谐振频率超过补偿网络的第一个零点),在输出端如图8测量.
5．总结
如果输出电压足够高TL431是一个好的选择.如果光耦隔离,按本文的建议就可以得到大致好的设计.(如果是正规的设计公司和要成为高手,一定要有测量仪器,手段.)。