正確偏置TL431的應用設計

　　眾所周知，TL431在開關電源(SMPS)反饋環路中是參考電壓。該器件結合了參考電壓與集電極開路誤差放大器，具有操作簡單和成本低廉等優點。雖然TL431已在業內被長期廣泛采用，但一些設計人員仍會忽略它的偏置電流，以致在無意間降低產品的最終性能。

　　TL431的簡化電路圖如圖1所示，圖中包括了驅動NPN 晶體管的參考電壓和誤差放大器，在該封閉的電源系統中，一部分輸出電壓一直與TL431的Vref(參考電壓)進行比較。

　　圖1 TL431等效電路圖

　　圖2 SMPS簡化直流模型(不考慮輸入波動)

　　轉換器簡化直流模型如圖2所示，Vout與Vref通過受傳輸率影響的電阻分壓器進行比較，可得到輸出電壓的理論值為Vref/α。然而，整個增益鏈路和各種阻抗均會影響輸出電壓，如下式所示，其中每個希臘字母均表示一個增益，RSOL表示開環輸出阻抗。

　　Vout=(Vref-α×Vout) ×β×G- RSOL×Vout / RL (1)

　　Vout= Vref×β×G/(1+α×β×G+ RSOL / RL) (2)

　　靜態誤差=Vref/α- Vout= Vref×(RSOL+ RL)/ [α×(RSOL+α×β×G×RL+RL)] (3)

　　從式(3)中可看出，增大增益的值有助減小靜態誤差，提高輸出電壓精度。受增益環路影響的另一個重要參數是輸出阻抗，系統的輸出阻抗可用不同的計算方法得出。任何發生器均可簡化為它的Thevenin等效，即一個電壓電源Vth (空載時測得的Vout，即令式2中的RSOL / RL =0)與一個輸出阻抗Rth的串聯電路。設當負載電阻RL為閉環輸出阻抗Rth時，輸出電壓Vout可減小至Vth/2，以此來計算輸出阻抗Rth，也可將其表示為RSCL。令Vth/2 = Vout求RSCL，由式(2)可得：

　　Vref×β×G/(1+α×β×G)/2=Vref×β×G/(1+α×β×G+ RSOL/Rth) (4)

　　RSCL = RSOL/(1+α×β×G) (5)

　　由式(5)可得出如下結論：

　　如果直流誤差放大器的增益較大，且DC 較高，則RsCL接近于零；

　　由于對反饋返回路徑進行了補償，所以，當增益隨頻率增大而減小時，RSCL開始增大。阻抗模塊隨頻率增大而增大，說明該阻抗類似于電感；

　　當增益降至零時，系統輸出阻抗與無反饋時的阻抗相同，均為RSOL。此時，系統開環工作。

　　因此，為了減小靜態誤差，并降低轉換器的動態輸出阻抗，大多數SMPS 設計人員會在設計中保持較大的直流增益值。這里的直流增益由TL431提供，可以采用如圖3所示的純積分器配置進行連接。

　　圖3 使用傳統的分流穩壓器配置連接TL431