三端并聯穩壓器的隱藏應用

　引言
　　眾多半導體公司均推出了三端并聯穩壓器 (three-terminal shunt regulator)。此類器件帶有內部基準精確度、運算放大器及內部并聯晶體管，以精確控制供電電壓。圖 1 給出了典型的電路應用。三端并聯穩壓器是廉價的半導體器件，除了并聯穩壓器以外，其還具備其他有用的電源設計應用。這種半導體器件可用作廉價的運算放大器，用于控制回路反饋。該器件還可同晶體管及無源組件協同使用，又可用于快速自舉電路。此外，這種器件經過配置，還可作為低功耗輔助電源工作，在輕負載操作條件下為脈寬調制器 (PWM) 控制器供電。
　　運算放大器：
　　在設計包含 PWM 而不含電壓放大器的電源設計時，系統設計人員可采用并聯穩壓器作為廉價的運算放大器。圖 2 給出了這種應用的功能結構圖。方程式 1 解釋了這種補償網絡的小信號傳輸函數的數學原理。
　　(1) 
　　注釋：方程式 1 建立在 Rbias << Rz 的基礎上。
　　我們可向電路添加光耦合器，以實現一定程度的電隔離 (galvanic isolation)。圖3給出了隔離的反饋電路示意圖。電阻器R₁用于向光耦合器及TL431施加偏壓。電阻器R₃和二極管D₁提供一個固定的偏置，以保證偏壓電阻R₁不會形成反饋路徑。電阻器R₁和 R₂用于控制整個光耦合器上的增益。在大多數設計中，R₂與R₁之比大致設置為十比一。光耦合器帶有高極點頻率 (fp)。通過采用網絡分析儀，我們會發現許多應用中的極點約為10kHz。

　　自舉電路：
　　在開關電源設計中，脈寬調制器IC通常由輔助繞組供電，有關情況可參見圖4。啟動這種電路需要連續補充充電電阻(Rt)和吸持電容(Ch)。為了盡可能降低功耗，我們要讓補充充電電阻盡可能大。吸持電容也應較大，因為它在電源開始開關之前都會向PWM提供能量。

　　我們可用一支雙極管和一些電阻器來配置并聯穩壓器，以加速自舉時間，請參見圖5。通過R_d的電氣元件C、D₁、Q₁以及Ra構成自舉電路。在上電時，電容器C將完全放電，而PWM電源輸入處的電壓(Vaux)將由串聯旁路穩壓器(series-pass regulator)決定，旁路穩壓器則通過Q₁及 D₁控制。啟動狀態下的 Vaux 電壓是其峰值電壓 (Vaux-peak)，其值由電阻器R_a和R_b之比決定。電容器C和電阻器R_cz則用于決定計時情況以及自舉電路的關閉電壓，從而節約能量。電阻器R_d為 TL431提供偏流，而電阻器R_e則限制電流，以保證晶體管Q₁處于安全的工作區域(SOA)。
　　設置電路并不太困難。我們選擇電阻器R_a和R_b來設置峰值充電電壓 (Vaux-peak)。
　　(3) 
　　選擇電阻器R_c來降低并聯電壓，使之低于額定的 Vaux電壓(Vaux-nominal)，該額定Vaux電壓由輔助繞組提供。
　　(4)
　　電容器 C 設置自舉時間 (Tboot)。
　　(5)

　　低功耗 PWM 偏置電源：
　　在某些電源中，PWM 由類似圖 4 所示電路的輔助繞組供電。這種電路的問題在于，在輕負載工作情況下，輔助繞組中存儲的能量不足以給 IC 供電。電源的工作情況甚至會變得難以估計，因為 PWM 將不斷開關。圖 6 所示的電路給出了解決這種問題的辦法，即采用串聯旁路穩壓器，在輕負載條件下啟動，而在偏置繞組可以為 PWM 控制器供電情況下關閉。