『原创』菜鸟课堂 1 --手把手教你使用TL431 (很好很强大,有图有真相)

如图一所示,组成了NCP1205的简单I型反馈回路.R1确定TL431的静态工作点,以及低频增益,R2,R3通过对输出5V分压与TL431的基准电压进行比较,Rf,R2,Cf为反馈系统引入一个低频零点和一个在原点的极点,Rp和Cp为反馈系统引入一个高频极点,同时Rp也提供把光耦电流转化成电压给Fb的作用.Rsense把峰值电流转化为峰值电压,提供T1关断的条件.R4提供TL431的额外电流,保证TL431的Ika> 1mA.


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224202418.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

要让TL431正常工作,必须同时满足以下条件:1)电压条件Vka > 2.5V;2)电流条件Ika > 1mA.  图二所示为NCP1205的Fb(pin 4)的内部简易结构图.500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224202520.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">


下面要开始计算了..

顶起来,密切关注中,楼主,tl431一般用在反馈回路,也顺便讲讲反馈回路放大器喽~用过ncp1651没,讲讲最好了~~~~

1. Rsense的计算
从图二可以方便的得出如下等式:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224202671.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">  (1)

Vfb必须大于1.5V 让OCP的error flag为低电平,IC才能工作在正常状态.武断的取Vfb的静态工作点为2.5V (为啥是2.5V?其实也可以是2.4V或者其他,这个和你的功率部分的设计相关,具体请见以后会发上来的其他部分的菜鸟课堂),对应此时输出功率为最大,原边电流Ipk为最大.则,由等式(1)可得:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224202865.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

对应此时,Ipk的电流可以通过对功率部分的设计而计算得出,假定为:1A(老天啊,为啥又没有详细说明这个1A是怎么来的啊?^_^,请参阅其他部分的菜鸟课堂).则,Rsense可以通过 等式 (2)计算出来.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224202995.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (2)

计算可以得知 Rsense＝0.833 ohm 就可以满足条件.

2.电压条件Vka满足,及Rp和R1的取值计算.
光耦的If最大值一般可达到数十毫安,越大的If电流意味着越大的损耗.武断的选择If电流为0.5mA(为啥又是武断,,^_^,就算是偶喜欢好了吧).则:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224203242.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);"> (3)

取Rp为4.7k,重新计算If为0.532 mA.因为是最大输出功率计算出的If,所以此时的If值对应是最小的.

PS:为兼容元件的差异性,保持系统稳定,光耦的传送比选择以100%为中心的一挡(不同的厂商,上下限一般都不太一样. 本文中光耦传送比设定为:80%~160%).在本文计算中,如无特殊说明,则选取100%的传送比为计算依据.

R1确定TL431的静态工作点,以及低频增益,R2,R3通过对输出5V分压与TL431的基准电压进行比较,Rf,R2,Cf为反馈系统引入一个低频零点和一个在原点的极点,Rp和Cp为反馈系统引入一个高频极点||||||||||||楼主,能不能具体解释一下这句话呢,
1.R1确定静态工作点?
2.Rf R2 Cf为反馈系统引入一个低频零点和一个在原点的极点?
3.Rp和Cp为反馈系统引入一个高频极点?

则,光耦二次侧的Ic可以计算得出:
Ic_min_100% ＝ If_min ＝ 0.532 mA (4)
当输出负载最小的时候,通过对功率部分的计算可以得出这个时候最小的Ipk值,对应了一个最大的Vfb的电压.假定为:3V(又是假定..^_^,这个也是通过对功率部分计算得出的,不在本文讨论范围,以后说明).
重复以上If的计算公式,可得最大的If (Ic) 值为:
Ic_max_100% = If_max = 0.638 mA

武断的选取 R1 为 560(这个选取无啥技巧可言,在后文中会分析到,这个R1的选择会有哪些影响,可能会调整,但也不一定了,现在就选560吧,).当Ic_max 发生的时候:


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224203645.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (5)


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224203683.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">    (6)

其中 VR1表示R1上的电压降,VF表示光耦的正向导通压降,取 1.2V,  Vka 表示TL431的K,A端的电压.

不要着急嘛,看完了就知道为啥了..^_^

理论性很强,看的有点费劲

假定光耦的传送比在下限 80%,则:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224204532.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (7)

此时,重新计算Vka ＝ 3.35V    (8)

从等式 (8) 得知,当R1取560 的时候,在最坏情况下  = 3.35V > 2.5V.满足TL431的工作条件,即,在任何条件,TL431的Vka都能满足正常工作 大于 2.5V的条件.

3.电流条件 Ika的满足,及R4的取值计算.

当输出功率最大的时候 ,Vfb＝2.5V,此时的If达到最小值,假定光耦传送比达到误差上限 160%.从等式 (4) 中可以得知,If_min = 0.532mA, 所以:


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224204692.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (9)

对应此时的Vka电压可以重新计算得知:


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224204740.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">  (10)

为了让Ika 满足大于1mA的要求,所以需要R4来补充缺少的电流:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224204822.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (11)

取R4为 1Kohm

确定以上取值后,计算Ika的最大电流.Ika的最大电流发生在最小输出负载,并且光耦的传送比为下限80%的时候,此时的Ika 可以用以上方法计算:
  Ika_max=2.45mA (12)
一般TL431的Ika的最大允许电流可以到100mA,从等式(12)可以看出,设计的最大电流不超过TL431的Ika,满足器件规格.

PS: 未完,待续,要做事情了...

你提的问题俺来试答一下吧!

1、确定静态工作点就是指给定一个合适的工作电流;

2、低频零点和一个在原点的极点,这个说来就关系到很多了;简单说一下,零
   点是指十字坐标的零点,原点的极点嘛说白了就是一个低频补偿适中点;改
   变它们的参数可以改变431的低频响应速率!当输出纹波中出现低频纹波的
   时候,就是这里的极点取得不合适,可以用频谱仪明显看得出来的;

3、高频极点嘛是反映环路的响应速率的一个适中工作点,改变这两个器件的值
   可以改变环路的快慢.

辛苦了 .....

4.TL431的Vref的偏置以及R2,R3的取值计算.
R2,R3在静态偏置方面,主要是提供对输出电压的采样.为了保证TL431的能正常工作,Iref的最小值,根据经验最好能不小于200uA.为了方便后面的小信号的计算,这里R3选取4.7 kohm 1% 的电阻.因为一般TL431的Vref是2.495V,并且为了保证电压在大电流的时候,不因为PCB的铜箔阻抗下降到离5V太远,所以R2会比R3稍微大些.这里的R2选择 4.7kohm 1%和 220ohm 1%的两个电阻串联.为了方便起见,把R2的值就记为

5.输出精度估算.
R2,R3都选取1%精度的电阻,TL431选取2%精度的.输出电压记为Vo,为方便计算,设定R2＝R3＝ 4.7kohm,,TL431的Vref设定为2.5V.
由分压关系可得:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224220237.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">  (13)

对等式 (13) 左边 Vo求全微分,右边部分对Vref,R2,R3分别求偏导,然后相加,则:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224220275.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">  (14)

因为是要求输出的误差,所以把(500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224220342.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">)的负号去掉,改为正值是合理的.
等式 (14)的两边同时除以Vo,即等式(13),则:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224220397.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (15)

把设定的精度以及R2＝R3的条件带入,则:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224220441.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">    (16)

满足设计要求精度为5%的输出要求.

休息休息,待续....

收藏了!~

不错.
TL431简单一点讲就是补偿电路.

辛苦了……呵呵

GZ

继续更新

6.Vo的接法.
反馈电压Vo的接法基本上有2种.A) 从最终输出段子接;B)在输出的LC滤波前接. 采用接法A,可以直接反应输出电压,但是却在整个系统中引入了一个LC的二阶系统,不利于反馈调节,而且也会减缓对输出负载变换的动态响应. 采用接法B,避开了这个LC的二阶系统,简化了整个系统.而通过L之后,电压降一般都很小,所以通常采用的方法是把Vo接在输出的LC滤波器前面.

至此,这个由光耦和TL431组成的反馈系统直流偏置部分就分析计算完毕.


下面要开始 动态工作点的小信号分析了

动态工作点小信号分析以及计算.

当电源工作在一个稳定的状态的时候,就可以进行小信号的交流分析.
1.基本传递函数的推导及说明.
根据TL431的规格书描述,可以把TL431描述为图三所示器件组合
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325534.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   图三

从图三所示,可以把TL431的内部看成一个高阻抗输入的运放.则可以把图一的TL431部分用图四来表示

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325563.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   图四

则小信号波动时候,从图一中可以得到500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325636.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">可以表示为以下等式:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325669.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (17)
其中Zp表示由Rp和Cp所构成的极点的阻抗:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325732.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">    (18)
CTR表示为光耦的传送比.
A点的波动,500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325789.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">可以通过图四来计算得知:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325817.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (19)

其中500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325859.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">表示由Rf,Cf所构成的网络的阻抗:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224325887.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">  (20)

楼主写的不错,这部分内容很少有人写到

不知道楼主在算的时候:1,一般的光耦在10MA以下的CTR是单调递增的,这样估算静态更准?呵呵,其实反正是估算,没什么关系,只是提个思路

2,在将光耦算到环路里面的时候,是否有将光耦等效为一个流控电流源和一个RC并联的低通滤波器?否则列出的传递函数会有点问题,兄弟思考下看看,我有做过仿真,参考了光耦的资料,有转折频率点的

最近正在用MATHCAD写一个环路,目标是填上参数,直接能得出理论博特图,和兄弟共勉

留名关注

兄弟说的不错.光偶以及431都有转折频率来着,相当于引入一个极点,一般Rl为1k左右的时候,转折频率在10k左右,flyback一般都只设计到3,5k的带宽,是不是可以不用考虑这个转折频率呢?公司的网络分析仪坏了很久了,一直没有机会来得急看看和理论上的差别多少?
希望有条件的兄弟帮忙测试个结果上来,一起看看.

louis2000,怎么好像偶认识的一个人捏,^_^.我已经用matlab写了个环路了,填上参数,可以得出理论的波特图.可短信联系我,和兄弟共勉.

继续更新...

把等式(20) 插入到等式 (19)中,可以得到:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461125.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (21)

把等式(21)和等式 (18) 一起插入到等式(17)中,就可以得到500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461165.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);"> 的传递函数:

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461203.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">   (22)

从等式(22)可以看出,Rf和R2与Cf一起为系统提供一个位于500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461241.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">的零点用符号500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461280.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">表示,系统在原点存在一个极点,另一个极点由Cp和Rp来提供,并且位于500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461320.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">,用符号500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461348.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">表示,这个极点一般都要远大于由Rf和R2与Cf提供的零点,系统在原点的增益由CTR,Rp,R1,R2和Cf来共同提供,并且值为:500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461397.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">,用符号500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461436.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">来表示.则等式(22)可以表示为以下简化形式:500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/70/253371224461463.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
这是一个由着一个零点,2个极点的,典型的II类系统.

哈哈,费心了.

上班时候不能上网,东西也没法往外帖,公司管的变态的(深圳HW)

等你写完呵呵,有机会将MATLAB的转换成PDF给兄弟参考下

还有,公司在找人,兄弟有兴趣可以联系我哈

QQ:7410147

不敢确定的话就做个仿真呵呵

我在列角度公式的时候,一个atan的转折点耗了我不少时间,好不容易找到原因,你的MATLAB有没遇到这个问题?翻了自控才知道是分段函数

我邮箱:xiaoluohappy2000@163.com  

^-^

QQ晚上才上