反激开关电源中基于PC817A与TL431配合的环路动态补偿设计

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。

2、电源电路图一显示了一种简单的反激调整器，用电流型控制芯片AS3842 控制输出，AS431 被用来侦测输出电压的参考和反馈误差放大器，并产生相应得误差放大信号，然后误差电压信号转化成误差电流信号通过光耦4N27 送到原边。

3、光耦目前，光耦器件制造厂商在光耦元件的处理以及封装技术上得到了关键的提高，得到更好的传输比（current transfer ratio CTR ）误差和更长时间的可靠性。

当设计光耦反馈电路的时候，设计人员应该注意到光耦正向二极管的电流，因为它直接关系到器件的电流传输比CTR 和器件长时间内的可靠性，就像灯丝一样，光耦二极管在遭受较高电流时将老化，损坏。

光耦的增益带宽随着二极管正向电流增加而相应增加，带宽的控制由输出晶体管参数的变化来调制。

值得一提的是，输出晶体管基极和集电极间的米勒电容将使光耦的带宽下降。

一个好的光耦反馈环不但需要提高整体可靠性，还需要保证系统的响应速度。

4、设计实例参考图二显示了反激电路电压反馈环，为了保证5V 电压的稳定输出，Vcomp 必须跟随输出电压，输出电压通过两个 2.5k 的电阻分压，结果送到AS431 误差反馈网络，误差反馈的输出电压Vcathode 被转化成与二极管成比例的电流信号，此处光耦起到隔离原边二次侧的作用，并产生与二极管电流成比例的集电极电流（即光耦的三极管的集电极），因为光耦连接到Vcomp 脚，光耦输出电流就是Icomp 电流，在一般运行状态下，更高的输出电流促使Vcathode 下降，导致流过光耦二极管电流增加，发光二极管发光增强，使得三极管接受到的信号增加，使得集电极电流增加，即Icomp 增加，从而使得Vcomp 下降，Vcomp 下降使得PWM 占空比减小，输出电压下降。

基于TL431的反激式开关电源设计张明志淮北师范大学物理与电子信息学院 235000摘要本设计是基于TL431设计反馈电路的一种反激式开关电源。

反激式开关电源的优点是其电路简单、体积小便于携带、输出电压稳定性高。

随着信息技术的迅速发展，反激式开关电源适用于小功率场合且易于推广使用。

本电源设计主要讲述了开关电源的基础知识和反激式开关电源的基本原理设计、集成芯片的使用和外围电阻的确定、由TL431和PC817构成的反馈电路及课题研究得出的结果。

文讲述了利用反激式开关电源的基本原理设计出了供非常规用电设备使用的非常规开关电源，课题研究结果得出它的输出电压稳定性高，且输出电流大，具有实用性。

同时，我们还可以根据本论文的设计原理通过改变占空比和芯片外围电阻值制作不同输出的开关电源（输出功率要在100W以内），供应日常生活的小功率电器使用。

关键词开关电源；反激式；TL431；UC3842；反馈电路The flyback type switch power supply design based on TL431Zhang MingzhiSchool of Physics and Electronic Information, Huai Bei Normal University, Anhui Huaibei, 235000 Abstract A high precise and reliable single-ended flyback switching power supply was designed and made in this paper,whose current controller consisted of alinear photoelectric couple. The closed-loop feedback of TL431 was used to realize switching power supply’s stable pared with general switching power supply, the power’s had been with the advantages of high switch frequency,small switch loss, high reliability and so on.With the rapid development of Information Technology,the flyback switching power supply was used widely in low power application.The design and application of a new single-output single flyback switching power supply was proposed in this paper.The paper had been analyzed flyback switching power supply of their working principle and the basic knowledge ,and introduced a few major chip functions and the use of the pin and the research results.Of course,the realization of the feedback circuit based on TL431 and PC817 was presented in the paper.An unconventional-output and single-ended flyback switching power supply was designedand made in this paper,whose the basic principle consists of the flyback type switch power supply.The article had been introduced an unconventional flyback power supply.The flyback power supply had been with the advantage of output current large and stable voltage.Concurrently, we can also use the small power electrical appliances in the daily life,which we will make according to the principle of the flyback switching power supply in this power.Keywords Switching power supply;Flyback;TL431;UC3842;feedback circuit目次1 绪论 (1)1.1 开关电源简介 (1)1.2 开关电源基本原理 (2)2 基于TL431的反激式开关电源设计 (4)2.1 TL431简介 (4)2.2 PC817简介 (6)3 反激式开关电源设计 (8)3.1 反激式开关电源主电路 (8)3.2 反馈电路 (11)3.3 电路检测 (14)3.4 辅助电源 (20)4 测试方法与数据 (21)4.1 测试方法与数据 (21)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1 绪论1.1 开关电源简介整个通信系统的动力源是开关电源系统，开关电源系统也被称为通信系统的“心脏”，可见他占有极其重要的地位。

反激开关电源中基于PC817A 与TL431配合的环路动态补偿设计韩林华,吴迺陵,史小军,朱　为,堵国梁(东南大学电子工程系,江苏省南京市210096)【摘　要】　开关电源市场中占很大份额的单端反激开关电源通常采用PC817A 与TL431配合来组成控制环路。

然而,目前设计这个环路的动态补偿参数,基本上采用试验方法。

文中利用开关电源的小信号传递函数,对此环路的动态补偿进行了定性分析和定量计算,通过设计合适的相位裕量来保证开关电源的稳定性。

其过程经实验证明具有较好的通用性,在实际应用中取得了很好的效果。

关键词:反激开关电源,环路设计,动态补偿,相位裕量中图分类号:TN86收稿日期:2005-07-010　引　言开关电源依靠反馈控制环路来保证在不同的负载情况下得到所需的电流电压。

单端反激开关电源的环路设计中,很多都采用光耦PC817A 和精密宽电压稳压管TL431相配合,作为参考、隔离、取样和放大,组成负反馈环路。

然而在设计动态补偿参数时,目前通常采用试验方法,经过多次反复试验和测量,取得一组能使开关电源稳定工作的参数。

由于开关电源的环路参数设计与许多因素有关,比如电源的工作频率、输出滤波电容的ESR (等效串联电阻)等,而通过试验得出的结果没有通用性,往往不能运用于以后不同要求的设计。

本文以单端反激开关电源设计为例,在基于PC 817A 和TL431配合的环路设计中,将控制论运用于开关电源动态补偿设计中,利用开关电源的小信号传递函数,对此环路的动态补偿设计进行了定性分析和定量计算,通过设计合适的相位裕量来保证开关电源的稳定性。

其过程经实验证明具有较好的通用性,在实际运用中取得了很好的效果。

1　反馈环路设计开关电源的控制方式有电流控制方式和电压控制方式两种[1]。

电源的传递函数随控制方式的不同而有很大差异,在环路设计分析时,应独立分开。

本文着重介绍电流控制方式。

图1为电流控制方式的单端反激开关电源的反馈环路电路。

TL431取样补偿当中的原件值计算TL431作为一种可控的精密稳压源，具有价格低、性能高的特点，因此被大量应用在各种电子电路当中。

本篇文章将为大家介绍TL43取样补偿当中的原件值计算。

以下面的电路图为例，其中R6的数值并不是随便决定的。

R6的参数主要取决于两个因素：第一个是TL431参考输入端的电流，一般此电流为2uA左右，为了避免此端电流影响分压比，以及避免噪音的影响，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。

第二个是待机功耗的要求，如有此要求，在满足<12.5K的情况下尽量取大值。

熟悉电源设计的各位一定都知道，TL431需要1mA的工作电流，这就意味着当R1的电流接近于零时，也要保证TL431有1mA，所以R3≤1.2V/1mA=1.2K即可。

另一方面也是出于功耗方面的考虑。

所以对电路的设计而言，R1的取值非常重要，它必须确保TOP控制端能够得到足够的电流。

假设用PC817A，其CTR=1.6-0.8，取低限0.8，要求流过光二极管的最大电流为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，TL431为100mA，所以取流过R1的最大电流为50mA，R1>(15-2.5-1.3)/50=226欧姆。

在上图当中，我们可以看到R5与C4形成了在原点当中的极点，被用来对低频增益进行提升，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再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处，约提升相位78度。

至此，就是TL431的取样补偿中原件值的完整计算方法。

不仅如此，这种方法适用于任何初级的IC，有兴趣的朋友们可自行替换成另一型号的IC来进行计算。

一、反馈式开关电源选用光耦时候必须正确选择线性光耦匹配的型号及参数，不然所设计电源总会工作在不稳定环境中，容易出现失效。

二、我们常注意光耦一个参数CTR （如下表）电流传输比，从LED端传送到光敏端的放大能力CTR=(IC/IB)*100%。

三、一般人关注和认为：光耦的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%，这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF＞5.0mA)，才能正常控制开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。

若CTR ＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。

四、确实CTR是光耦一个重要参数，但我们不要片面追求这一个参数而忽略其他重要细节，工作速度也是非常重要的，工作区域也是非常重要的，还有和其他器件配合设计也是不可忽略的。

五、首先讲一下工作区域，光耦最好的工作和最稳定工作区域是线性区域就是光耦1-5mA工作的一个区域间IC=IB*X（X是固定数），这样输入和输出电流时成线性比率的，低于和高于这个电流值，线性特性就没这么好了。

线性特性好就说明这个工作区域稳定可控，这是我们要设计要抓住的区域。

六、再来就是开关速度或工作频率，一个光耦在不同负载下工作频率和开关速度是不一样的，负责越重工作频率越慢，开关速度越慢，整个电路控制精度就会降低，影响空载和负载输出电压差。

一般光耦最佳工作速度区域是2mA左右。

一般的器件在2mA时候开关速度不会大于80KHZ，如果电流再小一点如1mA 时候工作频率会有所提高,我们可以根据不同电路设计选择。

七、一般来讲开关电源上817是和TL431配合使用的，所以建议设计其配合最大工作电流不要查过2mA，当然也不能低于0.8mA，一些TL431维持电流和817工作电流都必须大于0.8mA，当然一些特别TL431和817（有些维持电流只有0.5mA或更低）除外，这些低维持电流产品待机功耗更低，工作速度会更快。

多路单端反激式开关电源设计佚名【摘要】A TOP223Y⁃based switching power supply with multi⁃channel output single⁃end flyback AC/DC module was de⁃signed. Peripheral circuits are analyzed by TOP Switch series single⁃chip switching power supply chip and the feedback system composed of TL431 and PC817A. The AC/DC switching power supply whose voltage stabilization adjusting weight is 0.6 and 0.4 with the outputs of +5V/3A and +12V/1A was designed. The experimental results show that the switching power supply has high efficiency,small ripple,high output accuracy and high stability.% 设计了一种基于TOP223Y多路输出单端反激式开关电源。

采用TOP Switch系列三端高频单片开关电源芯片，配合由TL431、PC817A组成的反馈系统对外围电路进行分析。

设计出了一种输出为+5 V/3 A，+12 V/1 A不同稳压调整权重分别为0.6，0.4的AC/DC开关电源。

实验结果表明，该开关电源不但效率高，纹波小，而且输出精度高和稳定性强。

【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)014【总页数】5页(P162-165,170)【关键词】开关电源;单端反激;高频变压器;双反馈【正文语种】中文【中图分类】TN702-34单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。

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7期稳定CCM 65W反激式转换器反激式转换器在笔记本适配器市场很普及，这种转换器工作在电流模式控制，使其非常适合于低成本且坚固的结构。

这类转换器的典型应用如图1所示。

其中的控制器采用了NCP1271，这一器件工作在固定频率电流模式控制，包含众多的实用特性，如基于定时器的短路保护、提供利于抑制电磁干扰(EMI)信号的频率调制技术，以及工作在软工作模式的跳周期功能，以满足没有可听噪声时的待机能耗要求。

这些转换器通常用于低电源输入时工作在连续导电模式(CCM)以降低导电损耗，而在高电源输入时自然转换到非连续导电模式(DCM)工作。

在本文的案例中，假定硬件设计已经完成，这表示已经选择好变压器初级电感L p、变压器匝数比N及剩余元件。

TL431单独考虑，等待选择补偿元件。

图1 采用NCP1271，包含频率抖动振荡器的典型反激式转换器首先要做的事情是获取电流模式反激转换器的控制至输出的传递函数，即所谓的开环受控体传递函数。

有几种方法来实现这个目标：1. 解析出所考虑转换器的小信号模式，并使用自动化数学工具析取电源段响应的幅度和相位。

CCM电流模式转换器的幅度等式相当复杂，如等式(1)所示。

可看到等式中的不同极点/零点，以及位于开关频率fn一半频率处、受品质系数Q p影响的2个次谐波极点。

相位也要单独计算，确保产生完整的波特图。

第二个条件等式上的负号显示f z2实际上是一个右半平面零点(RHPZ)。

诚然，这些公式表示单独计算所有项，且需要极仔细地计算最终结果及标波特图。

此外，它们只适用于CCM模式。

如果转换器转换至DCM模式，这些等式就需要进行更新，拖长了本研究的时间。

如果理解如何得出这些结果的技术对于声称掌握开关电源环路控制的人是至关重要的，这些公式的实际应用就局限于轻松进行数学分析的人。

0 引言电流型反激式开关电源通过负反馈环路来保证输出的稳定，而反馈环路补偿参数的确定如果由多次试验和测量取得，往往工作量大且缺乏效率，通用性不高，无法运用到其他要求的开关电源设计中。

本文以三肯6251芯片为例，基于PC817和TL431配合的环路设计，运用开关电源小信号传递函数，对环路进行定性分析和计算，设计合适的补偿环路来满足开关电源的稳定性并实验验证该方法的可行性和通用性。

1 反馈环路设计反激式开关电源的工作模式有两种：电压型和电流型。

电压行控制方式只有一路电压环，通过反馈电压和内部三角波比较产生占空比可变的驱动信号调节输出电压；电流型控制方式有电压和电流两个闭环控制，能够响应更快。

图1使用的是PC817和TL431组合精准反馈次级+15V 电压，TL431，C1，R2组成环路补偿电路。

2 回路稳定性准则第一准则：系统的总增益在穿越频率处的斜率应为-20dB/dec ；第二准则：截止频率的相位裕量大于45°；根据以上两条原则进行环路设计，可基于PC817与TL431配合电流型反激开关电源环路补偿设计陶坤元 珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070以实现输入电压突变或输出负载变化时都能满足输出电压的稳定性。

3 环路常用补偿回路环路设计的步骤：（1）根据截止频率补偿前的增益选定误差放大器在截止频率处的增益，使系统总增益在截止频率处为0dB，为了保证系统稳定，穿越频率选为开关频率的1/5～1/4，一般穿越频率必须远远小于开关频率，不然会出现很大的开关纹波；（2）选择合适的补偿电路，使得总增益曲线在穿越频率附近斜率为-20dB/dec。

（3）调整误差放大器的增益以获得总增益大于45°的所需相位裕度。

4 设计举例基本参数：见图1输入电压交流85V ～265V，整流后直流电压为120V ～375V，输出为15V/1A，储能电容C2为470uF，初级匝数为128匝，初级绕组电感2.71mH.开关电源最大频率为50KHZ，取样电阻Rsense 为0.11Ω，使用的开关电源芯片是三肯公司的6251。

车载双管正激直流变换器的设计姚伟;郑步生;洪峰【摘要】研究了一种适用于电动汽车的高效率双管正激直流变换器,在提出一种设计方案的基础上,重点对其控制电路,反馈回路、启动电路和变压器的关键参数等进行了详细分析设计.其中控制电路使用SG3525芯片,采用二型补偿对控制电路进行补偿.实验测试结果表明该变换器输出稳定,有较高的转换效率.%A dual-transistor forward DC converter suitable for electric vehicles is studied in this paper. On the basis of a design scheme, the control circuit, feedback loop, start circuit and relative parameters of the converter were analyzed and de-signed. Chip SG3525 is used in the control circuit. The type Ⅱ compensation is adopted to compensate the control circuit. The experimental and testing results show that the output of the converter is stable and the efficiency is remarkable.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)002【总页数】5页(P150-153,161)【关键词】双管正激;直流变换器;二型补偿;电动汽车【作者】姚伟;郑步生;洪峰【作者单位】南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN964-34电动汽车作为一种新能源的交通工具，目前已经得到快速地发展。