從反激電源的輸出反饋到PWM控制芯片的反饋引腳FB

應(yīng)用場景：

反激電源輸出，小編主要應(yīng)用在了反激的電源電路中，從反激電源的輸出反饋到PWM控制芯片的反饋引腳FB。

目的：

為了穩(wěn)定輸出電壓，使得后級有穩(wěn)定的激勵源。

那么小編先給大家分開講一下TL431和光耦的基本原理，這兩個器件其實(shí)在我們實(shí)際工作中已經(jīng)是很常見了。

光耦：

光耦的內(nèi)部大致就是一個發(fā)光二極管（不可見光/紅外光）和一個三極管組成。輸入級為發(fā)光二極管，輸出級為三極管。

我們大家單獨(dú)用光耦的作用肯定有很多了：比如電平轉(zhuǎn)換，隔離，目前小編用到的主要是這兩個。

電平轉(zhuǎn)換：比如我想要從一個3.3V的輸入，但是輸出想要一個12V的，那么可以使用光耦，其實(shí)能實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，還因?yàn)樗?a target="_blank">電氣隔離的作用。

隔離：電氣隔離，或者說地隔離。比如我們的數(shù)字地和模擬地需要隔離，功率地和系統(tǒng)地要隔離，或者有些敏感電路要和其他電路隔離。

接下來我附一張以前設(shè)計(jì)的光耦的電路圖1，講一下基本原理

圖1：光耦電路

U10光耦，這個電路的作用就是起到電平轉(zhuǎn)換作用，這個里面其實(shí)我的輸出和輸入地是沒有做隔離的。

當(dāng)輸入的2腳為高電平，U10不工作，那么輸出就是EVCC。

當(dāng)輸入的2腳為低電平，U10工作，那么輸出就是0.7V（二極管的鉗位）。

大家不必糾結(jié)我設(shè)計(jì)的這個電路，比如上拉電阻，二極管等。這個和我的具體電路需求有關(guān)系，大家重點(diǎn)放在基本工作原理，這樣自己設(shè)計(jì)出來的光耦外圍電路肯定也是五花八門的。

這里面大家需要注意到兩點(diǎn)：

輸入級的發(fā)光二極管的限流電阻，這個主要靠二極管的Vf去計(jì)算限流電阻。接下來我給大家舉個例子如圖2。

圖2：光耦手冊的Vf與If

我傳輸?shù)氖峭ㄓ?a target="_blank">信號，屬于小電流，我們按照Vf=1.2V,If手冊給的是1.2V@If=20mA，我們沒必要去那么大的驅(qū)動電流，我們只是傳輸信號。一般取2-10mA就可以了，電流過大對于LED的壽命有影響。我取的是2mA,當(dāng)然你也可以取到10mA,這個是沒問題的。因?yàn)槭謨灾械那€圖3可以看出1.1V@2mA，在25℃。

圖3：光耦手冊Vf與If曲線關(guān)系

R54=VDD-Vf/2mA=3.3V-1.1V/2mA=1.1K,我取值為1K。

以上就算是計(jì)算除了限流電阻，根據(jù)電流以及二極管的管壓降去計(jì)算限流電阻。

一般可以用電源去驅(qū)動二極管或者使用GPIO去驅(qū)動，電源驅(qū)動肯定沒問題，但是如果用GPIO去驅(qū)動，需要確定GPIO的驅(qū)動能力夠不夠你想要的電流大小。一般GPIO的驅(qū)動能力能達(dá)到5mA，無疑是增加了MCU的功耗，不建議直接使用GPIO驅(qū)動。

主要就是這個值，然后根據(jù)手冊中給的CTR，我們可以計(jì)算出輸出級的電流大小。

還有個參數(shù)就是手冊中沒有直接說明：傳輸速率如圖4，這個參數(shù)對于低頻的沒有影響，或者不用考慮，但是對于高頻的，如果光耦選型有問題，會出現(xiàn)丟脈沖的現(xiàn)象。

圖4：光耦手冊的Tf與Tr

上圖中的Tr、Tf，就是上升時間和下降時間，那么我們怎么確定這個光耦逇最快傳輸速率呢？

那就是1/Tr+Tf=1/0.2μs=5Mhz，如果我們傳輸?shù)氖?Mhz頻率的脈沖，那么無疑肯定是有問題的，因?yàn)槲覀冇?jì)算的時候并沒有考慮信號的高電平時間，只考慮上升時間和下降時間，我們假定就是信號波形是一個三角波，沒有高電平的持續(xù)時長。所以我們實(shí)際的傳輸頻率一定要小于5Mhz。

以上即是光耦的基本應(yīng)用知識以及基本計(jì)算或者選型。

TL431：電壓基準(zhǔn)芯片，說的通俗點(diǎn)，就是能輸出一個穩(wěn)定的電壓，并且?guī)ж?fù)載能力一般不弱。

那么小編想問大家一個簡單的問題，比如我們一個3.3V想輸出一個2.5V的電源電壓，為什么不用3.3V用兩個分壓電阻去分壓產(chǎn)生一個2.5V的呢？

原因：如果你的后級基本沒什么電流要求，負(fù)載很小，不會波動，那么分壓勉強(qiáng)可以。但是如果你的后級電路在工作的時候，需要的電流比較大，并且會波動，那么如果你用分壓電阻，你覺得你的2.5V電壓還會穩(wěn)嗎？肯定會跳變的，那么后級電路就不能正常工作，恰好，TL431就有這個功能，他能通過流過自身的電流去調(diào)整電壓，保證輸出電壓恒定。歸納一下就是：帶負(fù)載能力+穩(wěn)定性。

先給大家講一下TL431內(nèi)部的原理和基本的應(yīng)用電路，這樣才能更好的理解它。請看圖5+圖6

圖5:TL431內(nèi)部硬件原理

圖6：TL431的基本應(yīng)用電路

以上就是TL431內(nèi)部硬件圖和基本應(yīng)用電路圖。

主要由一個運(yùn)放和一個三極管組成。運(yùn)放是一個比較器的作用。VREF是固定的2.5V，如果REF②引腳電壓比2.5V大，運(yùn)放輸出飽和電壓高電平，那么NPN三極管就會導(dǎo)通，輸出三極管集電極此時輸出①就會被拉低，請看應(yīng)用電路圖，也即是說此時電源TL431輸出被拉低了。如果REF②引腳電壓比2.5V小，運(yùn)放輸出低電平，那么NPN三極管就截止，輸出三極管集電極此時輸出就會是R1+R2上的分壓。

當(dāng)然小編這里只是將的兩種極端情況，TL431工作與不工作兩種狀態(tài)（三極管截止與飽和）。

事實(shí)上TL431是根據(jù)負(fù)反饋去達(dá)到穩(wěn)壓的。根據(jù)三極管工作在放大區(qū)間（線性區(qū)間）去調(diào)節(jié)輸出電流。

Vo增大→VREF增大→Ib增大→Ic=βIb 增大→i3（R3上的電流）增大→U3(R3電阻上的壓降)增大→Vo減小

其實(shí)輸出電流大小主要依賴于三極管的IC的電流大小，但是需要注意的是，三極管的Ic增大，R3限流電阻必須選擇功率合適的封裝和阻值大小。

關(guān)于上圖中的TL431的輸出計(jì)算公式：Vout=Vref(1+R1/R2)

Vout=（Vref/R2）*（R1+R2）這個公式大家想必都很容易理解去推導(dǎo)。

以上我就把TL431基本工作講清楚了。

接下來我們講光耦+TL431組合反饋。如圖7。

圖7：反激電源電路的反饋電路

這幅圖我只把能用到的電路加進(jìn)來了。

那就給大家講一下這個反激電路的反饋原理。

首先大家需要明白：加了反饋電路的作用是穩(wěn)定反激的電源輸出,那么它是怎樣通過反饋去穩(wěn)定輸出的呢？接下來且聽小編一述。

上述的整流二極管Dc即是反激電源的輸出。

我們以輸出Vout=5V為例，如果我們不加反饋電路，我們后級的電流源頭都從這里來，比如MCU的3.3V，外設(shè)的5V，DDR、EMMC的電源都會從這里通過BUCK或者其他方式進(jìn)行供電。如果有個負(fù)載是個超級大的電容或者工作的時候電流跳變比較大，那么就會導(dǎo)致我們的5V電壓被拉低或者被拉高。這樣極有可能會導(dǎo)致我們的后級電路工作異常，比如有些芯片耐壓或者輸入電壓最高5.5V，那么如果5V被拉高6V甚至更高，那么芯片基本會被干掉。因此我們需要加這個反饋給PWM控制芯片（U1），去動態(tài)調(diào)節(jié)PWM，進(jìn)而調(diào)整輸出的Vout。接下來給大家講一下具體怎樣的一個調(diào)節(jié)原理。

其中：

比如我的輸出5V 異常，輸出為了6V，那么TL431的VREF引腳是不是就會突然抬高，那么TL431內(nèi)部比較器會與我們的VREF進(jìn)行比較，此時TL431內(nèi)部的運(yùn)放輸出高電平，那么TL431內(nèi)部的三極管會導(dǎo)通，并且電流比較大，如果Vout與2.5V差的越大，輸出電流越大，那么三極管的IC就愈大，此時在限流電阻R1上的壓降就加大，導(dǎo)致TL431的陰極輸出電壓減小，大家從上圖7容易看出，TL431輸出電壓減小，且R1的電壓增大，那么光耦輸入端的發(fā)光二極管兩端電壓會增大，根據(jù)我上圖中的曲線，Vf越大，If越大（前提是在LED燈的耐壓范圍內(nèi)），那么發(fā)光二極管的If越大，就會導(dǎo)致光耦輸出三極管導(dǎo)通，且光耦的輸出電流也會增大，Ic=βId，或者說Ic=CTR*Id。此時Ic增大，那么說明流過R4的電流增大，那么R4上的電壓會增大，即送給PWM控制芯片的FB引腳電壓增大，F(xiàn)B引腳內(nèi)部再會繼續(xù)與內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而調(diào)節(jié)PWM輸出，會降低PWM占空比，讓Vout減小，以此動態(tài)循環(huán)，會讓Vout保持穩(wěn)定輸出，即不受負(fù)載影響。

那以上述電路圖，給大家講一下這個變化過程。

Vout增大→V(R3)增大→TL431陰極輸出電壓減小→Id增大→Ic增大→V（R4）增大→控制芯片PWM輸出減小→Vout減小

我們在使用此電路中，還會一般給光耦輸入端加入RC補(bǔ)償，如圖8中藍(lán)色圈出的部分。

小編下期給大家著重講一下下圖的電路中給的RC取值，還是比較復(fù)雜的，需要用到自動控制原理中的零極點(diǎn)知識。

圖8：完整的反擊電源電路（增加RC補(bǔ)償）

審核編輯 ：李倩