TL431传递函数的推导

开关电源环路中的TL431作者：安森美半导体产品线应用工程总监Christophe Basso 来源:电子设计应用2009年第4期通过极点和零点创建相位提升环路补偿的原理，在于当转换器工作在闭环时，确保所有工作条件下都有安全的相位和增益裕量。

相位增益意指在交越频率fc下环路增益T(s)的总相位旋转小于-360°，相反，总相位旋转是-360°时，相位增益容许环路增益模块与0dB轴之间存在距离。

为确保顾及这些设计条件，必须插入一个补偿电路G(s)，其任务是在选定频率下改变环路增益，使其穿越0dB轴，以及在所考虑到的频率下具备足够的相位和增益裕量。

应该如何选择交越频率呢？举例来说，有的设计人员武断地选择开关频率的1/5作为交越频率。

更好的方法是根据规范表中列出的最大下冲值来分析获得0dB轴上的交越点。

参考文献1中介绍了获得0dB交越点的一个合适方法。

为方便起见，可假定交越频率为1kHz，并以此为例展开讨论。

图1 采用电流模式工作的反激转换器的典型电源转换段重要的第一步从电源段波特图开始，这就是记作H(s)的函数，如图1所示。

它是具有斜坡补偿特性的隔离型电流模式CCM反激转换器的响应。

这个波特图可以采用基准测试数据、解析性分析或使用SPICE仿真器来获得。

从图中可以发现，增益缺额为-22dB，相位旋转为-63°，这两个值都是在选定的1kHz交越频率读取的。

为获得良好的输入抑制，需要较小的输出静态误差、低的输出阻抗和大的直流增益。

原点处的极点可以满足这个要求。

就数学等式而言，原点处的极点表述为下述形式：遗憾的是，将极点恰当置于原点会导致永久的相位旋转。

而且，由于使用运放或采用反向配置接线的TL431，总相位旋转将达到-270°。

因此，如果将这-270°的相位旋转与电源段-63°的相位旋转相加，最后会得到-333°的总环路相位旋转。

这就为设计提供了27°的裕量，避免冲击到-360°的限制。

TL431的工作原理TL431是一种精密可调电压参考电源，常用于电源管理、电压稳定和电流控制等应用中。

它是一种三端稳压器，由美国德州仪器（Texas Instruments）公司设计和生产。

TL431的工作原理基于反馈控制的概念。

它的输入端（Anode）连接到待调节的电压，输出端（Cathode）连接到负载，而参考端（Reference）连接到一个参考电压源（通常是一个稳压二极管或电阻分压电路）。

通过调节参考端的电压，TL431可以实现对输出电压的精确控制。

TL431内部有一个比较器和一个可调电流源。

比较器将参考电压与反馈电压进行比较，产生一个误差信号。

可调电流源根据误差信号的大小，调整输出电流，从而实现对输出电压的调节。

当参考电压大于反馈电压时，比较器输出低电平，可调电流源关闭或输出较小的电流，从而使输出电压上升。

当参考电压小于反馈电压时，比较器输出高电平，可调电流源打开或输出较大的电流，从而使输出电压下降。

通过不断调整参考电压和输出电流，TL431能够稳定输出所需的电压。

TL431还具有过温保护功能。

当芯片温度超过一定阈值时，内部的过温保护电路将启动，将输出电压降低至安全范围，保护芯片免受损坏。

TL431的特点包括高精度、低温漂移、低噪声、高稳定性和快速响应等。

它的工作电压范围通常为2.5V至36V，最大输出电流可达100mA。

由于其性能可靠，TL431被广泛应用于电源管理、电压稳定、电流控制、电池充电管理等领域。

总之，TL431是一种精密可调电压参考电源，通过反馈控制实现对输出电压的精确调节。

它具有高精度、低温漂移、低噪声和高稳定性等特点，适用于各种电源管理和电压稳定的应用。

TL431的工作原理TL431是一种常用的三端稳压器，广泛应用于电源管理和电路控制中。

它具有稳定的输出电压和良好的温度稳定性，被广泛用于电源电压调节、电流限制和电压比较等应用。

本文将介绍TL431的工作原理，包括引言概述、正文内容和总结。

引言概述：TL431是一种基于二极管的稳压器，它通过反馈机制来调节输出电压，使其保持在设定值附近。

它的工作原理基于参考电压和比较电压之间的关系，通过控制电流来调节输出电压。

下面将详细介绍TL431的工作原理。

正文内容：1. 参考电压源1.1 内部参考电压源：TL431内部集成为了一个参考电压源，通常为2.5V。

这个参考电压源是通过一个稳流二极管和一个温度补偿电路实现的，能够提供一个稳定的参考电压。

1.2 外部参考电压源：除了内部参考电压源，TL431还可以使用外部参考电压源。

通过将外部参考电压与TL431的参考电压进行比较，可以实现更高的精度和灵便性。

2. 比较电压2.1 输入电压：TL431的输入引脚与电源电压相连，它将输入电压与参考电压进行比较。

2.2 反馈电压：TL431的输出引脚与负载相连，它将输出电压与参考电压进行比较。

2.3 比较结果：通过比较输入电压和反馈电压，TL431能够判断输出电压是否达到设定值，并根据比较结果来调节输出电压。

3. 控制电流3.1 参考电流：TL431内部集成为了一个参考电流源，它将参考电压源提供的参考电压转换为一个稳定的电流。

这个参考电流与比较电压之间的关系决定了TL431的工作状态。

3.2 调节电流：根据比较结果，TL431会通过控制电流来调节输出电压。

当输出电压低于设定值时，TL431会增加控制电流，使输出电压升高；当输出电压高于设定值时，TL431会减小控制电流，使输出电压降低。

4. 反馈回路4.1 反馈电阻：为了实现稳定的输出电压，TL431需要与反馈电阻相连。

通过调整反馈电阻的值，可以改变TL431的工作状态和输出电压。

TL431计算范文TL431是一种可调节精准电压参考源，常用于控制回路中的电压稳定器、电流模式稳压器以及过压保护回路等。

它的特点是具有高精度、低成本、低功耗和广泛的应用范围。

本文将详细介绍TL431的计算原理及其在实际电路设计中的应用。

一、TL431的基本原理TL431的输入引脚标有Anode（阳极）、Cathode（阴极）和Ref（参考电压）。

阳极和阴极之间的电压差称为参考电压。

当Anode引脚的电压高于Cathode引脚时，输出电压将增加；反之，当Anode引脚的电压低于Cathode引脚时，输出电压将降低。

通过调节Ref引脚的电压，可以实现对输出电压的精确控制。

二、TL431计算公式在实际应用中，我们需要根据具体电路的要求来计算TL431的参数。

TL431的输出电压计算公式如下：Vout = Vref * (1 + R2 / R1)其中，Vout为输出电压，Vref为TL431的参考电压（通常为2.5V），R1和R2为外部电阻。

在计算TL431参数时，我们通常通过R1、R2和Vout三个参数来确定。

首先，我们需要根据电路要求确定所需的输出电压Vout；然后，根据Vref的取值，选择合适的R2电阻值；最后，通过计算R1的值，以使公式成立。

由于TL431的参考电压Vref为2.5V，我们以Vout = 5V为例，假设选择R2为2.2kΩ，计算R1的值如下：5=2.5*(1+R2/R1)将已知值代入以上公式，可以求解R1的值。

三、TL431在实际电路设计中的应用1.电压稳压器TL431常被用作电压稳压器，用于控制输入电压的波动在一定范围内。

通过调节Ref引脚的电压，可以实现对输出电压的精确控制。

在设计电压稳压器电路时，我们可以根据所需的输出电压和稳定性要求来选择合适的外部电阻。

2.电流模式稳压器TL431还常被用作电流模式稳压器，用于保持输出电流不变。

通过在TL431的阳极和阴极之间接入限流电阻，可以实现对输出电流的精确控制。

TL431是一种高精度、低温漂电压基准器件，目前已得到广泛应用。

TL431具有很高的电压增益，实际应用中易发生自激等问题，造成许多困惑，本文系统分析TL431的内部电路，并给出利用计算机分析计算的方法，使设计人员对关于TL431电路的稳定性有准确的整体把屋。

一、基本参数估计（1）静态电流分配：TL431的最小工作电流为0.4mA，此时V10基本上没有电流（取0.03mA，be压降0.6）。

V9射极电流为0.6V/10k=0.06mA。

设V3的be压降为0.67V ，V1、V2的集电极电压均为0.67V，所计算时把R1、R2看作并联，，则算得V3射极电流为(2.5-0.67*2)/(3.28+2.4//7.2)=0.228mA。

剩余电流0.4-0.228-0.06-0.03=0.52mA，提供给V7、V8电流镜，V7、V8各获得0.04mA。

V4、V5、V6、V7、V8工作电流均为0.04mA。

（2）假内部三极管的fT值为100—200MHz，当工作电流小的时候fT为10—100MHz，由此间接估计三极管内部的等效电容。

cb结电容均假设为1—2pF。

V4、V7 、V8、V9等三极管工作电流小，所以fT要小很多（结电容为主，扩散电容较小）。

（3）V4、V5工作电流较小，通常小电流时电流放大倍数也较小。

设V4的放大倍数为50倍左右。

（4）为方便计算，设V9、与V10的电流放大系数相同，V9、V10与电流增益直接相关，它们的放大倍数可由TL431数据表间接计算出来。

注1：晶体管的低频放大倍数与直流放大倍数是不相同的，静态工作电流小时二者相差不大，静态电流大时二者可能相差很大，具体与该晶体管的特性有关。

二、TL431带隙基准电压产生原理带隙基准产生的原理不是本文要阐述的主要问题，但TL431内部的基准电路与增益和关，所以有必要对其分析。

1、Vbe压降在室温下有负温度系数约C=-1.9至-2.5mV/K，通常取-2mV/K，而热电压UT=DT在室温下有正温度系数D=0.0863 mV/K，将UT乘以适当倍率并与Vbe相加可大大消除温度影响。

TL431的应用及原理时间：2009-12-29 13:30:05 来源：作者：TL431作为一个高性价比的常用分流式电压基准，有很广泛的用途。

这里简单介绍一下TL431常见的和不常见的几种接法。

图(1)是TL431的典型接法，输出一个固定电压值，计算公式是：Vout = (R1+R2)*2.5/R2，同时R3的数值应该满足1mA < (Vcc-Vout)/R3 < 500mA当R1取值为0的时候，R2可以省略，这时候电路变成图(2)的形式，TL431在这里相当于一个2.5V稳压管。

利用TL431还可以组成鉴幅器，如图(3)，这个电路在输入电压Vin < (R1+R2)*2.5/R2 的时候输出Vout为高电平，反之输出接近2V的电平。

需要注意的是当Vin在(R1+R2)*2.5/R2附近以微小幅度波动的时候，电路会输出不稳定的值。

TL431可以用来提升一个近地电压，并且将其反相。

如图(4)，输出计算公式为：Vout = ( (R1+R2)*2.5 - R1*Vin )/R2特别的，当R1 = R2的时候，Vout = 5 - Vin。

这个电路可以用来把一个接近地的电压提升到一个可以预先设定的范围内，唯一需要注意的是TL431的输出范围不是满幅的。

TL431自身有相当高的增益(我在仿真中粗略测试，有大概46db)，所以可以用作放大器。

图(5)显示了一个用TL431组成的直流电压放大器，这个电路的放大倍数由R1和Rin决定，相当于运放的负反馈回路，而其静态输出电压由R1和R2决定。

这个电路的优点在于，它结构简单，精度也不错，能够提供稳定的静态特性。

缺点是输入阻抗较小，Vout的摆幅有限。

TL431的应用1、介绍后备式电源的安全运行需要将输入和输出隔离，这种隔离需要保证控制芯片不能直接对输入和输出电压进行侦测。

由于输入控制输出，一个用于控制输出的误差信号必须从输出得到，这篇应用文章主要讨论了一种应用AS431 和光耦4N27 实现电压反馈的简单方法。

开关电源环路中的TL431作者：安森美半导体产品线应用工程总监Christophe Basso 来源:电子设计应用2009年第6期采用TL431实现的3类补偿器图1所示是采用TL431的3类补偿器。

它创建了一个在原点处的极点f po、两个极点f p1和f p2，加上两个零点f z1和f z2。

得益于这个配置，设计人员能够在交越频率提升相位最多达180°的理论限制值。

图1 采用TL431构建的3类补偿器受到存在的快通道的牵制，而快通道会通过R LED引发额外的调制遗憾的是，如参考中描述的那样，这个特别布局中的LED电阻(R LED)充当两个角色：一个用于中频带增益，另一个用于额外的零点位置。

下面的传递函数对此进行了确认：因此，找出恰当的组合，让R LED在提供恰当增益的同时也提供所需要的零点位置，就仍能确保R LED满足最低偏置条件——这个道理易懂，实践起来却远非易事。

造成这种状况的原因就是快通道的存在，这快通道与由R1和R lower构成的分压器并联，是其中一部分输出电压经过的路径。

如果R LED完全用于偏置目的，且没有交流连接至输入电压V out，它就肯定会从等式(1)中所示的任何极点/零点组合中消失。

问题在于快通道问题来自于R LED连接至输入信号V out。

在典型的基于运算放大器的配置中，输入调制通过感测V out的R1和R lower电阻桥单独转换至输出。

在应用TL431的配置中，由于R LED连接至V out，R LED也会出现在调制通道，并充当传递函数的功能。

当C1短路时，也就是在高频时，V out调制通过电阻桥至LED的传输就消失，而TL431成为一个简单的齐纳二极管，固定着LED阴极电势。

然而，由于这条经R LED通往V out 的链路，调制仍然到达LED，并因此到达V FB，对光耦合器电流的影响如下所示：与上述等式相当的原理图如图2所示，其中，尽管R1/R lower和U1之间不存在链路(由于C1短路)，但单独流过R LED的调制电流仍会到达输出，如图中右侧所示。

TL431的工作原理引言概述：TL431是一种广泛应用于电源管理和电压参考的集成电路。

它被设计成一个可调的精密电压参考源，具有高精度和低温漂移特性。

本文将详细介绍TL431的工作原理及其应用。

一、基本原理1.1 内部比较器TL431内部包含一个比较器，用于将输入电压与参考电压进行比较。

比较器的输出信号将控制TL431的工作状态。

1.2 参考电压源TL431的参考电压源是通过一个电阻分压网络产生的。

这个网络可以根据需要调整，以产生所需的参考电压。

参考电压源的稳定性和精度对TL431的工作性能起着重要作用。

1.3 反馈回路TL431的输出端与输入端通过一个反馈回路相连。

这个回路通过调整输入电压，使得比较器的输出保持稳定。

反馈回路中的元件选择和设计对于保持输出电压的稳定性和精度至关重要。

二、工作原理2.1 开关特性TL431根据比较器的输出状态来控制其开关特性。

当输入电压高于参考电压时，比较器输出高电平，TL431处于导通状态；当输入电压低于参考电压时，比较器输出低电平，TL431处于截止状态。

2.2 稳压特性通过调整参考电压源，可以使TL431输出稳定的电压。

当输入电压波动时，反馈回路会调整输入电压，以保持输出电压的稳定性。

TL431的稳压特性使其广泛应用于电源管理和电压参考电路中。

2.3 温度补偿特性TL431具有良好的温度补偿特性，可以在不同温度下提供稳定的输出电压。

这一特性使得TL431在各种环境条件下都能够可靠地工作。

三、应用领域3.1 电源管理TL431广泛应用于电源管理电路中，如开关电源、稳压器和电池充电器等。

它可以提供稳定的参考电压，确保电源输出的稳定性和精度。

3.2 电压参考源由于TL431具有高精度和低温漂移特性，它经常被用作电压参考源。

它可以提供稳定的参考电压，用于校准和测量电路。

3.3 温度补偿电路由于TL431具有良好的温度补偿特性，它常被用于温度补偿电路中。

通过与其他元件结合，可以实现对温度变化的自动补偿，提高电路的稳定性和精度。

关于参数的选择各种意见:一、这是CMG大师的论述:R6的取值,R6的值不是任意取的,要考虑两个因素:1431参考输入端的电流,一般此电流为2uA左右,为了避免此端电流影响分压比和避免噪音的影响,一般取流过电阻R6的电流为参考段电流的100倍以上,所以此电阻要小于2.5V/200uA=12.5K. 2待机功耗的要求,如有此要求,在满足《12.5K的情况下尽量取大值.431要求有1mA的工作电流,也就是R1的电流接近于零时,也要保证431有1mA,所以R3<=1.2V/1mA=1.2K即可.除此以外也是功耗方面的考虑.R1的取值要保证TOP控制端取得所需要的电流,假设用PC817A,其CTR=0.8-1.6,取低限0.8,要求流过光二极管的最大电流=6/0.8=7.5mA,所以R1的值<=(15-2.5-1.2/7.5=1.5K,光二极管能承受的最大电流在50mA左右,431为100mA,所以我们取流过R1的最大电流为50mA,R1>(15-2.5-1.3/50=226欧姆.要同时满足这两个条件:226R5的取值上面的计算没有什么问题.R5C4形成一个在原点的极点,用于提升低频增益,来压制低频(100Hz纹波和提高输出调整率,即静态误差,R4C4形成一个零点,来提升相位,要放在带宽频率的前面来增加相位裕度,具体位置要看其余功率部分在设计带宽处的相位是多少,R4C4的频率越低,其提升的相位越高,当然最大只有90度,但其频率很低时低频增益也会减低,一般放在带宽的1/5初,约提升相位78度.这就是431取样补偿部分除补偿网络以外其他元件值的完整的计算方法,对初级任何控制IC都使用,补偿网络的计算会在15号的研讨会上讲解.希望对大家有益!!!!!!二、 V o的接法.反馈电压V o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V o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. 三、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部分用图四来表示则小信号波动时候,从图一中可以得到可以表示为以下等式:这是一个由着一个零点,2个极点的,典型的II类系统.2.零极点和原点增益的安排规则,及各参数的确定.确定反馈系统的零极点以及增益,需要首先知道功率部分的传递函数,然后才能做补偿.功率部分的传递函数可以通过计算或者测量得出,可以参见(B.Erickson,D.Maksimovic,”Fundamentals of Power Electronic”, Kluwers Academic Publishers,ISBN0-7932-7270-02.1 穿越频率(cross over frequencyfc 的确定.穿越频率越高,系统就有越大的带宽,对负载响应和线电压响应就越快.由奈奎斯特(Nyquist采样定理可得,穿越频率的上限不能超过工作频率的0.5 倍.带宽越宽,越容易引入噪声,系统的稳定性越差,在一般反激式转换器的穿越频率都设计在几k赫兹.本例中设定fc为2kHz.2.1 穿越频率(cross over frequencyfc 的确定.穿越频率越高,系统就有越大的带宽,对负载响应和线电压响应就越快.由奈奎斯特(Nyquist采样定理可得,穿越频率的上限不能超过工作频率的0.5 倍.带宽越宽,越容易引入噪声,系统的稳定性越差,在一般反激式转换器的穿越频率都设计在几k赫兹.本例中设定fc为2kHz.2.2 反馈系统设计反馈系统设计,要使得整体的开环系统的增益曲线从反馈系统的平台中间过零,即穿越频率要落在反馈系统的平台中间.(PS:这个就是设计反馈回路的重要点了.。

TL431的工作原理TL431是一种广泛应用于电源管理和电压参考电路中的三端稳压器。

它具有高精度、低漂移、低噪声和高稳定性等特点，被广泛应用于各种电子设备中。

TL431的工作原理基于反馈控制的概念。

它通过比较输入电压和参考电压之间的差异来调节输出电压，以达到稳定的输出电压。

下面将详细介绍TL431的工作原理。

1. 内部结构TL431由参考电压源、比较放大器、输出驱动器和稳压管组成。

参考电压源产生一个稳定的参考电压Vref，普通为2.5V。

比较放大器将输入电压Vin与参考电压Vref进行比较，并产生一个控制信号。

输出驱动器根据控制信号来调节稳压管的导通电流，从而控制输出电压。

2. 工作原理当输入电压Vin高于参考电压Vref时，比较放大器输出一个高电平信号，导致稳压管导通。

稳压管导通后，它会将多余的电流通过稳压管绕过负载，以保持输出电压稳定。

当输入电压Vin低于参考电压Vref时，比较放大器输出一个低电平信号，导致稳压管截止。

稳压管截止后，它不会引导电流，输出电压将降低。

3. 稳定性TL431具有高稳定性的特点，主要得益于其内部的负温度系数。

当温度上升时，稳压管的导通电流会减小，从而抵消了输入电压的增加，使得输出电压保持稳定。

此外，TL431还具有低温漂移和低噪声的特点，进一步提高了稳定性。

4. 应用由于TL431具有高精度和高稳定性，它被广泛应用于电源管理和电压参考电路中。

例如，它可以用作开关电源的反馈控制元件，用于调整输出电压。

此外，它还可以用于电池充电管理、电流限制和过压保护等应用中。

总结：TL431是一种广泛应用于电源管理和电压参考电路中的三端稳压器。

它通过比较输入电压和参考电压之间的差异来调节输出电压，以达到稳定的输出电压。

TL431具有高精度、低漂移、低噪声和高稳定性等特点，被广泛应用于各种电子设备中。

它的工作原理基于反馈控制的概念，通过内部的比较放大器和稳压管来实现输出电压的调节。

TL431的工作原理简单而可靠，使得它成为电子领域中不可或者缺的元件之一。