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开关电源环路笔记(11)-TL431电路的几个电阻的取值_电流_电压

雨夜梧桐 2024-12-13 14:50:57 0

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从上一节我们知道,这里面一些电阻是跟环路干系的。
不过在设计的时候,我们首先须要担保的不是环路,而是这个电路能不能事情起来,也便是说要给TL431得当的偏置。
这个该当很随意马虎理解吧,类似三极管放大,条件也是要给对直流偏置。

开关电源环路笔记(11)-TL431电路的几个电阻的取值_电流_电压 科学

TL431事情条件条件

TL431事情紧张有下面几点哀求(以Ti的TL431C为例):

1、Vka>2.5V,Vka<36V

2、Ika>1mA,Ika<100mA,Iled<50mA

3、I分压电阻电流>100Iref

那么这几个哀求咋来的呢?

Ika,Vka可以直接从手册中看出来

不过手册中Vka只写了电压上限,那么我说的Vka>2.5V怎么来的呢?

实在可以从TL431内部框图(规格书中有)中看出来,正常事情时,下面这个管子事情在了放大区,那么图中所示的三极管的集电极电压要比基极电压要大,即Cathode的电压要比Vref的电压要高,我们知道事情的时候Vref=2.5V,以是就有了Vka>2.5V。
(Vka便是Cathode和Anode之间的电压)

Ika<100mA好理解,芯片电流大了,一定会发热,因此必须有个上限,像这种sot23封装的,电流上限一样平常也就在这个级别。

Ika>1mA,这是由于TL431事情时要知足静态偏置电流,这是其事情的条件。
详细缘故原由在我们前面的章节“TL431稳压是如何做到和温度基本无关的”里面有说。

Iled<50mA,Iled指的是光耦的电流,以PC817为例,发光管最大电流为50mA。

那么I分压电阻电流>100Iref呢?

一样平常我们输出电压是由分压比决定的,便是R1/Rlower,输出电压的打算公式是Vout=2.5V(1+R1/RLower),可以看出,这是将Iref忽略掉了。
要想能忽略掉Iref,那么就须要Iref<<Ilower,一样平常便是按照100倍来的,也便是Ilower>100Ilower。

首先,看Rlower的大小

根据ILow>100Iref,一样平常普通Iref为2uA,因此Ilow>0.2mA。
Rlower一头接GND,其余一头是Vref电压,为2.5V,以是Rlower两端电压是2.5V,电流是I=2.5V/Rlower>0.2mA,以是Rlower<12.5K。

不过我们须要知道,Rlower越小,那么电流也就越大,功耗越高,很多产品都对静态功耗有哀求,因此Rlower须要只管即便选大一点的阻值,以是常规都是10K旁边的阻值。
如果追求极致的功耗,希望进一步减小偏置电路的功耗,也可以选择静态电流小的TL431,比如我看到ti有Iref=0.03uA的低静态电流ATL431。

其次,R1的取值

选定Rlower后,根据目标输出电压Vout,有公式,Vout=2.5V(1+R1/RLower),就可以打算R1的值了。

Rbias的取值

Rbias的取值是根据条件Ika>1mA来的,偏置电阻Rbias的目的是为了给TL431足够的静态电流Ika,Ika=Iled+Irbias(注:Zc这个网络里面是有电容隔直的,因此静态电流为0,不用打算该分支的电流),Iled是动态变革的,可能会很小,因此我们只须要担保Rbias的电流Irbias>1mA足够大,那么就可以保障Ika>1mA。

当光耦的发光二极管导通时,其导通压降一样平常在1V~1.2V旁边(以下图PC817为例)。

发光二极管导通压降便是Rbias的压降,因此,Rbias两端电压范围也是1V~1.2V。
以是Rbias的最小电流是:Irbias=1V/Rbias。

由前面知道,这个电流须要知足Irbias=1V/Rbias>1mA,因此Rbias<1K。
虽说我这里写的是小于号,不是大于即是。
不过一样平常取1K也就够了,由于首先LED的导通压降一样平常实际是要大于1V的,其余静态电流1mA本身也是有裕量的,可能由于这两个缘故原由,我们常见的Rbias也便是1K。

Rled的取值

Rled的取值是根据Ika<100mA,Iled<50mA可以得到Rled的最小值。

由图可知,TL431的电流即是Rled的电流,即Ika=Irled。
下公式中,Vf为光耦发光管的压降

Ika=( Vout-Vf-Vka)/Rled

在任何情形下,我们都不能让流过TL431的电流超过100mA,否则可能就烧坏了。
TL431导通时,两端电压Vka>2.5V,Vf为1V~1.2V。
同时,光耦的LED发光管电流也有上限,以PC817为例,最大许可电流为50mA。
当光耦电流为50mA时,显然TL431没有超过100mA,以是终极我们担保Led的电流不超过50mA即可。

当Vka=2.5V,Vled=1V时,有最大的Ika,此时Ika(max)=(Vout-3.5V)/Rled<50mA(忽略1mA旁边Rbias电流)。
如果Vout=12V,得到Rled>170,此电阻值即为Rled的最小值。

那么Rled的最大值如何求呢?

在LED流过最大电流的时候,光耦的电流也能达到最大Ic(max),这个时候光耦要能够饱和导通。
这是由于,如果我TL431已经将LED调到最大电流了,结果低级侧还无法将占空比调到目标值,那么也就失落效了。
光耦ce的电流与发光管的电流Iled成正比,以是发光管的电流Iled必须要足够大,知足:

IRled(max)-IRbias>Ice(max)/CTRmin-----(1)

下面就来求Iled(max),IRbias,Ice(max)

IRled(max):

易知,在TL431的Vka=2.5V时,电阻Rled有最大的电流,表达式为:

IRled(max)=(Vout-Vfmax-2.5V)/Rled-----(2)

Vf为光耦发光管的导通电压,范围为1~1.2V旁边

Ice (max):

Ice(max)=(Vdd-Vcesat)/Rpullup------(3)

个中Vcesat为饱和压降。

IRbias:

IRbiasmax=Vfmax/Rbias------(4)

Vf为光耦发光管的导通电压,范围为1~1.2V旁边

根据上面的公式1~4,得到Rled的最大值为:

当Vout=12V,Vfmax=1.2V,Vdd=5V,Rpullup=4.99K,CTRmin=1,Vce(sat)=0.3V时,可求得:

Rled<3.88KΩ

至此,我们已经求得了Rled的最大值和最小值,即:170Ω<Rled<3.88K。

干系电阻是不是取值在这之间就行呢?

当然,是弗成的,以上只是考虑了最基本的条件。
要知道,这些电阻值还跟功耗干系,如果电阻取值过小,那么功耗可能会高。

其余,从上一节“TL431及光耦通报函数的推导”可知, R1,Rbias,RLED,Rpullup还跟环路的通报干系。
这些电阻的不同的取值,也会影响全体系统的运行。
以上电阻的取值范围,只能说是系统事情的必要条件,但不是充分条件。

小结

以上便是本次的内容,大致说了下几个电阻的取值范围来源,不过须要把稳,就TL431和光耦的电路,也有几种不同的构造。

比如有的Rbias是直接拉到Vout,并不是跨接到光耦的LED两端,也有利用稳压管供应偏置的。
不同的电路,自然有各自的利害势,电阻打算公式也有所差异,不过如果理解了打算过程,该当都不是问题。

以上纯属个人想法,不一定对,有问题可以留言互换。

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