TL431 有著較為特殊的動態(tài)抗阻，是一種較為精密的可控穩(wěn)壓源，在電路當中，TL431 也作為一種并聯(lián)型的穩(wěn)壓電路來使用，當然使用方法并不局限在這一種，其還能夠作為串聯(lián)或電壓基準來使用。TL431 的主要作用是使電路獲得更加穩(wěn)定的電壓，雖然人們都知道使用TL431，但是并沒有幾個人對其工作原理進行深入的剖析，本篇文章就將為大家介紹關(guān)于TL431 工作方式的另一種理解方式。

 

說到TL431 的工作方式，很多人想到的必然是TL431+PC817 的電源電路。其實任何基于431 手冊中的穩(wěn)壓電路，都可以有合理的電路模型。

 

而TL431 和PC817 的反激電源中的TL431,卻無法，或很難解釋。

 

圖1：TL431 的內(nèi)部原理圖

 

首先，這里有一個最最基本的問題。當TL431 正常工作在穩(wěn)壓電源中的時候，Cathode 的電壓是多少?大家想過這個問題嗎?

 

 

圖2：TL431 常用穩(wěn)壓電路

 

對于如圖2 的TL431 常用穩(wěn)壓電路，C 的電壓是確定的。

 

由電源電壓減去電阻電壓，就可以得到。因為REF 的電壓因為負反饋而穩(wěn)定就使2.5V.但TL431+PC 817 中的TL431,卻沒有明確的Cahode 電壓！

 

 

圖3：反激電源中的TL431

 

通過TL431 的內(nèi)部電路，可以看出，Cathode 的電壓不應(yīng)該低于2.5V。因為只有Cathode 的電壓高于2.5V,Q1 的這個三極管，才可以工作在放大狀態(tài)。如果低于2.5V，那么Q1 會進入飽和方式，而失去放大作用。不難看出，此時，Q2、Q3、Q4 等三極管也會失去放大作用而飽和。

 

三極管飽和的方式，肯定不是TL431 的設(shè)計者，最初的想法，他的想法，肯定是要讓這些三極管工作在放大方式的。C 低于2.5V,在反激的431 中，不會出現(xiàn)2.5V 流向5V 的電流，假設(shè)反激電壓為輸出5V.如果REF 電壓高于C,電流也是從集電極到發(fā)射極的流動方向。最好的情況是，3.28K 電阻之下的電路工作正常，而可以輸出1.5V 左右的基準電壓。

 

而最好的情況是，假設(shè)即使Cathode 低于2.5V,431 也可以反饋正常工作。對于TL431 組成的穩(wěn)壓電源，必須提供431，手冊說的1mA 的Cathode 到Anode 的工作電流。

 

但是，在反激電壓的TL431 中，這根本就不需要!這一點，需要特別注意。因為僅此一點，就徹底否定了LED 并聯(lián)電阻的，毫無意義的做法。

 

對于TL431 手冊中的穩(wěn)壓電源電路，必須提供1mA 電流，才可以正常工作。而反激電源中的TL431,在C 到A 的電流為0 的時候，恰好是UC3842 輸出最大占空比的時候，這必然產(chǎn)生輸出電壓，而使得TL431 工作。

 

所以，在反激電源中，根本不需要關(guān)心TL431 的電流問題，特別是啟動的時候。這是必然會產(chǎn)生的。

 

試想，UC3842 的反激電源啟動了，此時，沒有輸出電壓。TL431 也沒有電流，不工作。但UC3842 因為其中的運放會輸出最大的1mA 電流，流向了1V 穩(wěn)壓管并聯(lián)的電阻，而導(dǎo)致設(shè)定的占空比最大，而輸出電壓逐步上升。

 

隨著5V 電壓的逐漸增大，TL431 的C 和A 之間如果不導(dǎo)通，那么其CA 電壓會5V 左右，這會與TL431 的輸出電壓電流IV 曲線出現(xiàn)矛盾，所以TL431 必定會在CA 間產(chǎn)生電流。而5V 的分壓電阻，在REF 產(chǎn)生2.5V 左右電壓，導(dǎo)致TL431正常工作。

 

LED 電流對應(yīng)一定的輸入電壓和負載電阻。就是說，如果輸入電壓固定，負載一定，那么就會有與之一一對應(yīng)的TL431 的C 到A 的電流，就是LED 電流。如果兩者，有一個或2 個都改變，那么LED 電流，必然改變。所以，最大的輸入電壓，和最小的負載電阻，對應(yīng)最小的LED 電流，可以是0。

 

最小的輸入電壓，最大的負載電阻，對應(yīng)最大的LED 電流。幾個mA.請注意，無論如何，TL431 在CA 電流為0，就是LED 電流為0 的時候，是無法工作的。但此時UC3842 輸出最大占空比，而導(dǎo)致，TL431 會逐漸開始工作。

 

就是說，反激電源中的TL431，C 到A 的電流是可以為0 的，而這對應(yīng)最大的占空比。我們的目的，是讓UC3842 產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的占空比，對于TL431 是否工作，這不重要!但只要產(chǎn)生足夠的輸出電壓，TL431 必定負反饋正常工作。但因為UC3842 的電流變化只有1mA，如果TL431 的LED 電流變化達到10mA，那么9mA 的調(diào)節(jié)死區(qū)，會給輸出電壓，帶來振蕩。所以，這就是我們需要串聯(lián)Rled 這個電阻的唯一原因。

 

這個電阻，無法用頻率補償?shù)哪翘追椒ǚ治鲇嬎?。到目前為止，只能定性理解。至少，因為TL431 一旦沒有電流，就不可能有電路模型高頻的!這個Rled 電阻，對于輸出電壓的動態(tài)過程產(chǎn)生影響。

 

越大越好，因為LED 電流變化就小了，比如說，變成了5mA 的變化范圍，就比10mA 的9mA 死區(qū)，輸出電壓電振蕩小不少。一般來說2mA 足以了。但確實是不好計算。因為我們不知道，2mA 的LED 電流，TL431 的cahoce 電壓為多少。所以就沒有辦法來計算Rled 這個電阻的大小。

 

假如認為TL431 的C 電壓必須不低于2.5V,那么，這依然不符合實際情況。因為最大UC3842 輸出占空比時候，TL431 的電流就可以為0 的。但還是假設(shè)這么算，C 不低于2.5V 的話，就按2.5V 來算。

 

Rled=(5-1.5-2.5)V/2mA=500 歐姆。

 

 

圖4

 

對于TL431 的設(shè)計理念，不管其設(shè)計者，最初是否如下圖所示，圖4 的原理與TL431 是完全一樣的。因此，TL431+PC817 的確是個，到目前為止，使用眾多的電路。

 

最好的，最合乎情理的，方法就是用運放，用TL431 提供電壓基準的方式，比如那個著名的使用LM258 的輸出有2 個二極管的恒壓恒流電路。因為這個電路是可以用正常的理論方法，進行分析和計算的。而TL431+PC817，是無法計算的!敢算的是概念錯誤!

 

是的，我們可以說，TL431+PC817 是正確的電路，因為的確可以正常工作，只是因為TL431 的工作方式問題，會對于動態(tài)過程，產(chǎn)生振蕩，或其他不可思議的問題。因為這不是一個，目前的理論，能夠解釋和分析計算的。

 

使用運放的反激電路，基本都是可以用現(xiàn)有理解分析計算的，所以問題不大。這就是兩種方式的主要區(qū)別。

 

使用TL431+PC817 的唯一原因就是成本問題。但從負反饋的原理來說，是正確的，但過度的動態(tài)過程，不好說。

 

再明確一點就是，TL431 可以工作在非正常方式，而產(chǎn)生負反饋作用。就是說，C 的電壓低于2.5V，依然可能可以有正常的負反饋作用。

 

而要計算的話，就要假設(shè)，TL431，只能工作在C 不低于2.5V 的情況下。因為UC3842 輸出最大占空比時，TL431 的電流可能為0.1mA，而0.1mA 不足以使TL431 正常工作，但在整個電路的調(diào)節(jié)過程中，TL431 不正常工作，依然在現(xiàn)實中，調(diào)節(jié)了輸出電壓，而讓人們覺得這沒有問題。

 

如果非要定量計算，也是要把TL431 當作跨導(dǎo)放大。傳遞函數(shù)是gm*A/(Ts+1)的形式。而此時，與電阻Rled 無關(guān)!這是需要特別注意的。Rled 就是限制電流的作用，但我們卻無法計算這個電阻。但設(shè)置一個Rled 電阻值，就可以知道最大不可能超過的電流，畢竟我們也不希望TL431，因為沒有電阻限流，而流過100mA 電流。

 

Rled 能否對調(diào)節(jié)產(chǎn)生作用?定性來說可以，越小，雖然可能振蕩的情況增大，但畢竟調(diào)節(jié)還是比較快的。Rled 大，那么調(diào)節(jié)速度就可能變慢，但振蕩小。

 

那么，為何假設(shè)TL431 正常工作的，跨導(dǎo)模型，無法證明Rled 的作用呢?因為理想的小信號模型，在現(xiàn)實中，是不存在的!這是一個無法小信號化的，嚴重的非線性電路。如果TL431 無法小信號化，那么所謂的II 型補償，從何談起呢?如果全面測試的結(jié)果，表明，TL 431+PC817 的反激電源正常工作，看來我們也只能相信了。

 

這些根本毫無道理的補償方法，居然真的起作用了。當然了gm 是隨LED 電流變化而變化的，LED 電流越大，那么gm 也越大，開環(huán)的增益也越大，故LED電阻越小，穿越頻率越大，就反應(yīng)越快。終于對上號了! 呵呵

 

那么，gm*A/Ts+1 的模型就可以用了，但人們貌似還都不是這么用的。因為不說gm 很難得到，就是A 和T 也是不知道的。好在，人們用的是PID 等補償方法，可以把運放或TL431 看作理想的。

 

PID 之類的確是個好主意。要是換上7805 類的補償，還真沒辦法!積分真的太有用了，不是為了消除靜態(tài)誤差，而是可以把運放當作理想的。為了證明431 的電流控制方式，II 型補償依然有效，進行了如下推導(dǎo)計算。

 

 

圖5

 

 

圖6

 

因為Vref 上電后就是穩(wěn)定的了，所以被Rled*(R1+R2)除以后，很小，視為0。

 

得到框圖如下：

 

 

圖7

 

這依然是個復(fù)雜的反饋。還不是那種單環(huán)路的反饋框圖形式。無法用現(xiàn)有的頻率補償方法。

 

這是需要了解的。但是，如果把Vo/Rled 視為擾動的話，那么就可以變成如下的標準形式了。而且，這個假設(shè)，視為輸出電壓縮小Rled 倍后為擾動，很是合理。

 

 

圖8

 

于是乎，基于上述假設(shè)，我們得到了，一個單回路反饋的標準形式。也就說明了，II 型補償，對于TL431 型反饋電路來說，補償可以看作有效。費這么大勁才能證明這么一個看似無需考慮的問題，這是人們把TL431 視為電壓型運放的錯誤的思想導(dǎo)致。為了證明II 在反激中有效，恐怕還是需要向本大師一樣，如此推導(dǎo)計算的。

 

然而這依然是個復(fù)雜的反饋，比電壓型運放的反饋，復(fù)雜。電壓型反饋，只有一個標準的反饋回路，開環(huán)傳遞函數(shù)，一目了然。而這個電流的復(fù)雜多了。如果不是把Vo/Rled 視為擾動，我們幾乎很難用通常的補償方法補償。最后，需要指出的是，只有教科書中開關(guān)電源電路，才是唯一符合補償方法的。例如PID，II 型等補償方法。對于TL431+PC817 的反激電源，并不適合。所以，書本里的電路，符合控制原理的方法。主要還是單回路控制。一目了然。幾乎為降低成本的設(shè)計，例如TL431+PC817，用通常的方法，是無法分析的。必須做出一些假設(shè)才行!這個道理，是使用TL431+PC817 進行II 補差的人，所不知道的!

 

電子電路中有很多不符合控制理念的反饋電路。這個就是其中第一個。電流和電壓的所謂ACM 控制，也是不符合控制原理的，所謂的貌似可以在電子電路里多數(shù)情況工作良好的電路。只能說，反激電源，如果理解成雙環(huán)反饋，還是可以行的通的。條件是輸出電容足夠大，在幾個開關(guān)周期，不會造成輸出電容電壓的較大變化。這樣就可以理解為串級控制。

 

TL431 其實就是帶基準的比較器(高增益)，與PC817 一起使用解釋不是什么難事。難事就是怎么樣讓比較器輸出為線變化(這就扯到了補償)。PC817 實際就是一個隔離的線性放大器。