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三端并联稳压器的隐藏应用-中国传动网-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2010-12-31  浏览次数:126

  众多半导体公司均推出了三端并联稳压器 (three-terminal shunt REGULATOR)。此类器件带有内部基准精确度、运算放大器及内部并联晶体管,以精确控制供电电压。图1给出了典型的电路应用。三端并联稳压器是廉价的半导体器件,除了并联稳压器以外,其还具备其他有用的电源设计应用。这种半导体器件可用作廉价的运算放大器,用于控制回路反馈。该器件还可同晶体管及无源组件协同使用,又可用于快速自举电路。此外,这种器件经过配置,还可作为低功耗辅助电源工作,在轻负载操作条件下为脉宽调制器(PWM)控制器供电。尽管上述电路在并联稳压器的产品说明书上没有说明,但却是非常有用的应用。
  运算放大器:
  注释:方程式1建立在Rbias<
  在设计包含PWM而不含电压放大器的电源设计时,系统设计人员可采用并联稳压器作为廉价的运算放大器。图2给出了这种应用的功能结构图。方程式1解释了这种补偿网络的小信号传输函数的数学原理。
  我们可向电路添加光耦合器,以实现一定程度的电隔离(galvanic ISOLATION)。图3给出了隔离的反馈电路的示意图。电阻器R1用于向光耦合器及TL431施加偏压。电阻器R3和二极管D1提供一个固定的偏置,以保证偏压电阻R1不会形成反馈路径。电阻器R1和R2用于控制整个光耦合器上的增益。在大多数设计中,R2与R1之比大致设置为十比一。光耦合器带有高极点频率(fp)。光耦合器的产品说明书一般不提供有关极点频率的信息。通过采用网络分析仪,我们会发现许多应用中的极点约为10kHz。
  自举电路:
  在开关电源设计中,脉宽调制器IC通常由辅助绕组供电,有关情况可参见图4。启动这种电路需要连续补充充电电阻(Rt)和吸持电容(Ch)。为了尽可能降低功耗,我们要让补充充电电阻尽可能大。吸持电容也应较大,因为它在电源开始开关之前都会向PWM提供能量。
  我们可用一支双极管和一些电阻器来配置并联稳压器,以加速自举时间。如欲了解详情,请参见图5。通过Rd的电气元件C、D1、Q1以及Ra构成自举电路。在上电时,电容器C将完全放电,而PWM电源输入处的电压(Vaux)将由串联旁路稳压器(series-pass REGULATOR) 决定,旁路稳压器则通过Q1及D1控制。启动状态下的Vaux电压是其峰值电压(Vaux_peak),其值由电阻器Ra和Rb之比决定。电容器C和电阻器Rcz则用于决定计时情况以及自举电路的关闭电压,从而节约能量。电阻器Rd为TL431提供偏流,而电阻器Re则限制电流,以保证晶体管Q1处于安全的工作区域(SOA)。
  设置电路并不太困难。我们选择电阻器Ra和Rb来设置峰值充电电压(Vaux_peak)
  选择电阻器Rc来降低并联电压,使之低于额定的Vaux电压(Vaux_nominal),该额定Vaux电压由辅助绕组提供
  电容器C设置自举时间(Tboot)
  低功耗PWM偏置电源:
  在某些电源中,PWM由类似图4所示电路的辅助绕组供电。这种电路的问题在于,在轻负载工作情况下,辅助绕组中存储的能量不足以给IC供电。电源的工作情况甚至会变得难以估计,因为PWM将不断开关。图6所示的电路给出了解决这种问题的办法,即采用串联旁路稳压器,在轻负载条件下启动,而在偏置绕组可以为PWM控制器供电情况下关闭。
  通过电阻器Rd的Ra以及二极管D1、D2,再加上晶体管Q1,它们构成了低功耗偏置电源。低功耗偏置电源根据设置可调节电压,使其高于PWM的关闭电压,又低于辅助绕组的额定电压(Vaux_nominal)。这就使晶体管Q1能作为二极管或电路发挥作用。如果PWM由辅助绕组供电,那么Vaux电压将反向偏置,关闭晶体管Q1而节约能量。如果由于能量不足Vaux电压下降,那么 Q1就会变成正向偏置,以向PWM控制器提供必需的能量。
  设置低通串联旁路稳压器并不困难。电阻器Rc的大小应刚好可以向D1提供偏流,电阻器Rd的大小应刚好可以保证晶体管Q1不超出其SOA的范围,而电阻器Ra和Rb的大小则应能够调节低功耗串联旁路稳压器的电压。这种低功耗串联旁路稳压器提供的电压应设置为高于控制IC的启动电压,并低于辅助绕组提供的额定电压(Vaux_nominal)。
  以下方程式用于调节由Ra和Rb构成的电阻分压器。Q1发射极处设置的电压应低于变压器T1二级绕组提供的额定辅助电压(Vaux_nominal)。Vref是并联稳压器D1的内部参考电压。Vd2和Vbeq1分别是二极管d2和Q1基射极电压的压降。
  总结:
  类似TL431的三端并联稳压器在许多应用中都大有用处。这种三端子器件既廉价,功能又很多样化。这种稳压器经过配置,可在开关电源中实现多种功能。这种器件可用作基准精确度,也可作为廉价的运算放大器以进行反馈控制。这种稳压器还可用于电源的快速自举,这与传统的方法不同。并联稳压器与NPN晶体管配合使用,还能实现低功耗偏置电源,在轻负载条件下启动,而在辅助绕组能够为 PWM提供足够电力的时候关闭。

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