減少電源起動時發生故障的并聯穩壓器
TL431是很多廠家供應的一種常用三端并聯穩壓器,在其應用中為設計師提供了多方面的功能。圖1a是TL431的內部電路,包括一個精密電壓基準、一個運算放大器,以及一個并聯晶體管(參考文獻1)。在典型的穩壓器應用中,用兩只外接電阻器RA和RB確定負載電阻器RS 低端的并聯穩壓輸出電壓(圖1b)。按圖中方式,TL431 和少許外接有源、無源元件可以搭成一個 SMPS(開關電源)PWM(脈寬調制)控制器的低功耗輔助電源。在某些電源設計中,降壓變壓器上的輔助繞組為 PWM 控制器提供功率。在輸出輕載情況下,輔助繞組為 PWM 控制器提供的功率可能不足。例如,圖 2 中變換器電路從一個輔助偏置繞組 WAUX 為 PWM 控制器提供能量,WAUX 是變壓器 T1 的一部分。電阻器 RT 和電容器 CHOLD 構成一個涓流慢充電電路,為 IC1 提供起動能量。為保存能量,電阻器 RT 只為涓流充電電容器 CHOLD 提供足夠電流,使之充至電壓 VAUX。一旦電路起動,它會按預期正常運行,為負載提供輸出功率,而輔助繞組及其元件則為PWM控制器供電。
但是,去掉輸出負載會降低供給輔助偏置繞組的能量,耗盡CHOLD上的電荷,導致IC1關斷,從而破壞輸出穩壓,使電源運行紊亂。圖3中,用一個低功耗的偏壓電路提供輕載起動功率,而當輔助繞組能夠為 PWM 控制器IC1提供足夠能量后,該偏壓電路關閉,以節省能量。本電路中,輕載條件下一個串聯穩壓器導通,而當偏置線圈可以為PWM控制器提供能量時則關斷,因而節省了正常負載時的能量,提高了變換器的效率。
電阻器RA至RD、并聯穩壓器 IC1、二極管D1以及晶體管Q1共同構成一個輕載串聯穩壓偏置電源。選擇這些元件值時,要使Q1射極電壓處于IC1的關斷電壓與輔助偏置繞組整流輸出經整流產生的標稱電壓之間,即 VAUX_NOM之間。實際上,IC1的VCC腳上的電壓允許接線OR方式,電壓較高:VAUX_NOM 或晶體管 Q1 的射極電壓。當輔助偏置繞組及其元件能提供足夠能量時,Q1 的射極反偏,Q1 關斷以節約能量。反之,當由于輕輸出負載而使 VAUX 降至 VAUX_NOM 以下時,Q1 提供能量。要注意的是電路仍必須含有涓流充電電阻器 RT,因為大多數 PWM 控制器都具有欠壓鎖定功能,能夠在高于標稱電源電壓時起動。
設計串聯穩壓器時,選擇電阻器 RC 為 IC2 提供足夠的工作電流,而選擇電阻器 RD 是為將 Q1 的集電極電壓與電流保持在安全工作區域內。選擇電阻器 RA 和 RB 將串聯穩壓器的輸出電壓設定為高于 IC1 的起動電壓,并低于輔助繞組整流輸出提供的標稱電壓。選擇旁路電容器 CA 以減小 IC2 上的紋波電壓。
下式可用于對電阻器 RA 和 RB 構成的分壓器作調整:
Q1 射極上的電壓必須低于標稱輔助電壓,后者由輔助偏置繞組提供。VREF 為 IC2 的內部標稱基準電壓,2.495V,而 VD1 和 VBE(Q1)則分別表示D1的壓降和 Q1 的正向基極-射極電壓。
參考文獻
O'Loughlin, Michael, "Shunt regulator serves as inexpensive op amp in power supplies," EDN, Sept 15, 2005, pg 96.
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