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

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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。

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

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。

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。