电压反馈电路的设计
时间：2024-11-11 05:07:11
电压反馈环的仅有性能便是使输入电压保持在一个固定值。但思量负载瞬态 呼应、输入精度、多路输入、断绝输入等方面，电压反馈的设想就变得很庞杂 了。上述每个方面临设计者来讲都很辣手，然则假如控制了设想步调，这些方 面都可以很容易地失掉解决。
电压反馈环的焦点部份是一个称为偏差放大器的高增益运算放大器，这部份 仅仅是个高增益的放大器罢了，它把两个电压的偏差缩小，并发生电压偏差信 号。在电源体系中，这两个电压一个是参考电压，而另一个则是输入电压。输入 电压在输出到偏差放大器以前先举行分压，分压的比例为电压参考值与额外输入 电压的比值。如许，在额外输入电压时，偏差放大器发生一个“零偏差”点。如 果输入偏离额定值，放大器的输入偏差电压就会明显地转变，电源体系用该偏差 电压来校订脉宽，从而使输入电压回到额定值。
针对偏差放大器，有两个首要的设想题目：一方面是要有很高的直流增益， 以改良输入负载调理功能；另外一方面是要有很好的高频呼应特点，以进步负载的 瞬态呼应。输入负载调理功能是指被检测的输入端上的负载转变时，输入电压的 偏离水平。刹时响应是指输入负载产生跳变时，输入电压复原到原值的快慢。设 计反馈环的补偿器时，都市遇到这些题目，在附录B中对这些题目进行了细致 的解释。
上面是一个基础的无断绝、单输入开 关电源电压反馈环的使用例子。假如疏忽 偏差放大器的赔偿，设想就很简略了。设 计的输入电压为5V，操纵1C外部供应的 参考电压是2.5V，见图3-43。
在开端设想的时间，要先肯定经由过程输 出电压分压电阻的检测电流的巨细。为了 使设想补偿器参数时有一个比拟正当的 值，电阻分压器的上臂电阻值选在1.5～图3_43无断绝电压反馈电路
15k()的局限以内。假如电阻分压器的检测电流取1mA，则分压器的下臂电阻& 就能按下式算出：
R{ =2.5V/0.001A = 2.5kn
输入电压的精确度间接遭到分压电阻和参考电压的精度影响。所有偏差累加 起来抉择了最初的精确度，也就是说，假如分压器所用的是两个精度为1%的电 阻，所用的参考电压的精度为2%，则最初输入电压的精度就为4%。此外，放 大器的输出平衡电压也会引起偏差，这个偏差即是放大器的输出平衡电压除以电 阻分压器的分压。以是，如果在这个设想例子中，放大器的最大平衡电压是 10mV，那末输入电压偏差便是20mV，且这个值会跟着温度而漂移。
上面连续对这个例子举行设想，假定选用1%精度的电阻，其阻值为 2.49kO，贝IJ实践的检测电流为
Is =2.5 V/2.49kO = 1.004mA 电阻分压器的上臂电阻足为
R2= (5.0V-2.5Y) /1.004mA = 2.49kn
如许就完成为了电阻分压器的设想。接下来要设想放大器的赔偿网络，以失掉直流 增益和带宽功能。
假如电源是多路输入的，那末输入端的交织调解功能是要思量的一个方面。 平日电压放大器只能检测一个或几个输入端，而没有被检测的输入端只能经由过程变 压器或输入滤波器自身固有的交织调解性能举行调理。如许的调解性能比较差， 也就是说，被检测的输入端上的负载变化时，会使没有被检测的输入端的输入明 显转变。相同，假如没有被检测的输入端上的负载转变时，并不能完整经由过程变压 器耦合到被检测的输入端而被检测到，于是不能对它举行很好的调理。
为了很好地改良输入端的交织调解功能，能够经由过程检测多个输入电压来实 现，这叫做多输入检测。平日并非真的去检测所有的输入端，如许做实际上也 是没有需要的。上面的例子用来解释怎么样改良输入端的交织调解功能，该例子是 有+ 5V、+ 12V和-12V输入的典范的反激式变换器。这个变换器的+5V输入端 从半载到满载变化时，+ 12V端变到+ 13.5V，- 12V端变到-14.5V。
这表明，变压用具有的交织调解功能很差，这能够经由过程3.5.9节先容的多线 绕组手艺略微举行改良。假如对+ 5V和+ 12V端都举行检测，则+ 5V端的负载 如后面所述变化时，+ 12V端变到+ 12.25V，- 12V端变到-12.75V。
再看一下有+ 5V、+12V和-12V输入的电源，因为±12V一般为给运算放 大器供电的，这些运算放大器相对于来讲不大会遭到和变迁的影响，以是 对这两个输入端的调理请求能够宽松一点。用这节第一个例子的参数，&取 2.49ka检测电流为1.004mA。
第一步要调配电流比例，输入端供应的检测电流越少，对它的调理水平就越 低。让+ 5V输入端的电流占70%，+12V端的电流占30%，则/?2为
R2= (5.0V-2.5V) / (0.7xl.004mA) =35570 (取最接近值 3.57kn)
+ 12V端上的电阻尺3为
R3= (12V-2.5V) / (0.3 x 1.004mA) =31.5kn 最接近的值是31.6k()。
用多输入检测电路时，所有输入负载变化时，应当都可以改良交织调解性 能。
Ｋ 原图误为/2。译者注
Ｌ 原图误为译者注
二次侧的偏差放大器平日接纳TL431。TL431是一个三端封装的器件，外部 有一个拥有温度赔偿的电压参考源和一个放大器。失常事情时，它需求有一个最 小为1.0mA的继续电流流入输入引脚，输入旌旗灯号就加到这个偏置电流上。
在这个例子中，操纵IC (UC3843AP)上的偏差放大器经由过程输出端的连贯使 它不克不及事情，如许就保障输入端是高电平。电阻的阻值并非很首要（每一个 取lOkQ)。赔偿引脚外部有一个1.0mA的电流源，在全额输入情况下，就能得 到一个+ 4.5V的“高”电压。
用来转变补偿器的输入值从而调理输入脉宽的网络，是个电流乞降网络。
保障从TL431来的事情电流经由过程光隔离器耦合，不会影响操纵1C外部1mA的 上拉电流源，当要全额输入脉宽时，这引脚上仍能够失掉+4.5V的电压。在全 额输入时，最坏情况下的最小电流是
二 1 2mA x 130% 二 1 56mA
这时候圮为
R, = (0.5V) / (1.56mA-1.0mA)
二892n〔取82〇n (S安伞裕量））
为了失掉0.3V的最小输入，光隔离器要给赔偿引脚供应史多的电流。要达到这 个B的，光隔离器传递的电流巨细为
4(max)二(4.5V-0.3V) /82〇a = 5.12inA 用光隔离器LED上的最大压降和TM31上端电压就能确记/?2的大小了。
R2 = (5V- (1.4V + 2.5V)) /5.12mA
二2i4n〔取2〇on平安裕最）〕
用来检测输入电压的电阻后面例子中用来交织检测的电阻设想同样。这 样电压反馈部份就只剩下偏差放大器的补偿器设想了（见附录设想揭示设计者偏差和温度漂移断绝反馈设想部份，需要对部份计较举行调解比方光隔离器的ChT可能在300%的范围内变迁，这 就要在电路屮加电位器。有些光隔离器创造依据举行分类如许它的 ctn.变迁局限就很小这类光隔离器很少创造厂商不肯这么做此外参考 电乐也要像TL431举行温度赔偿。
输丨I1,的精度平日请求参考量变迁在2%内，W于电压取样的电阻分压器卜. 的电阻精度要在之内输入的精度便是偏差的总和加上变乐器匝数的误
差。
电压反馈设想不少变迁，但上L&先容简略的，也是用得广泛的
电压反馈环的焦点部份是一个称为偏差放大器的高增益运算放大器，这部份 仅仅是个高增益的放大器罢了，它把两个电压的偏差缩小，并发生电压偏差信 号。在电源体系中，这两个电压一个是参考电压，而另一个则是输入电压。输入 电压在输出到偏差放大器以前先举行分压，分压的比例为电压参考值与额外输入 电压的比值。如许，在额外输入电压时，偏差放大器发生一个“零偏差”点。如 果输入偏离额定值，放大器的输入偏差电压就会明显地转变，电源体系用该偏差 电压来校订脉宽，从而使输入电压回到额定值。
针对偏差放大器，有两个首要的设想题目：一方面是要有很高的直流增益， 以改良输入负载调理功能；另外一方面是要有很好的高频呼应特点，以进步负载的 瞬态呼应。输入负载调理功能是指被检测的输入端上的负载转变时，输入电压的 偏离水平。刹时响应是指输入负载产生跳变时，输入电压复原到原值的快慢。设 计反馈环的补偿器时，都市遇到这些题目，在附录B中对这些题目进行了细致 的解释。
上面是一个基础的无断绝、单输入开 关电源电压反馈环的使用例子。假如疏忽 偏差放大器的赔偿，设想就很简略了。设 计的输入电压为5V，操纵1C外部供应的 参考电压是2.5V，见图3-43。
在开端设想的时间，要先肯定经由过程输 出电压分压电阻的检测电流的巨细。为了 使设想补偿器参数时有一个比拟正当的 值，电阻分压器的上臂电阻值选在1.5～图3_43无断绝电压反馈电路
15k()的局限以内。假如电阻分压器的检测电流取1mA，则分压器的下臂电阻& 就能按下式算出：
R{ =2.5V/0.001A = 2.5kn
输入电压的精确度间接遭到分压电阻和参考电压的精度影响。所有偏差累加 起来抉择了最初的精确度，也就是说，假如分压器所用的是两个精度为1%的电 阻，所用的参考电压的精度为2%，则最初输入电压的精度就为4%。此外，放 大器的输出平衡电压也会引起偏差，这个偏差即是放大器的输出平衡电压除以电 阻分压器的分压。以是，如果在这个设想例子中，放大器的最大平衡电压是 10mV，那末输入电压偏差便是20mV，且这个值会跟着温度而漂移。
上面连续对这个例子举行设想，假定选用1%精度的电阻，其阻值为 2.49kO，贝IJ实践的检测电流为
Is =2.5 V/2.49kO = 1.004mA 电阻分压器的上臂电阻足为
R2= (5.0V-2.5Y) /1.004mA = 2.49kn
如许就完成为了电阻分压器的设想。接下来要设想放大器的赔偿网络，以失掉直流 增益和带宽功能。
假如电源是多路输入的，那末输入端的交织调解功能是要思量的一个方面。 平日电压放大器只能检测一个或几个输入端，而没有被检测的输入端只能经由过程变 压器或输入滤波器自身固有的交织调解性能举行调理。如许的调解性能比较差， 也就是说，被检测的输入端上的负载变化时，会使没有被检测的输入端的输入明 显转变。相同，假如没有被检测的输入端上的负载转变时，并不能完整经由过程变压 器耦合到被检测的输入端而被检测到，于是不能对它举行很好的调理。
为了很好地改良输入端的交织调解功能，能够经由过程检测多个输入电压来实 现，这叫做多输入检测。平日并非真的去检测所有的输入端，如许做实际上也 是没有需要的。上面的例子用来解释怎么样改良输入端的交织调解功能，该例子是 有+ 5V、+ 12V和-12V输入的典范的反激式变换器。这个变换器的+5V输入端 从半载到满载变化时，+ 12V端变到+ 13.5V，- 12V端变到-14.5V。
这表明，变压用具有的交织调解功能很差，这能够经由过程3.5.9节先容的多线 绕组手艺略微举行改良。假如对+ 5V和+ 12V端都举行检测，则+ 5V端的负载 如后面所述变化时，+ 12V端变到+ 12.25V，- 12V端变到-12.75V。
多输入端检测是通过把电压检测电阻 分压器的上臂用两个并联电阻来完成，这 两个电阻的上端分手接到分歧的输入端 上，见图3-44。
再看一下有+ 5V、+12V和-12V输入的电源，因为±12V一般为给运算放 大器供电的，这些运算放大器相对于来讲不大会遭到和变迁的影响，以是 对这两个输入端的调理请求能够宽松一点。用这节第一个例子的参数，&取 2.49ka检测电流为1.004mA。
第一步要调配电流比例，输入端供应的检测电流越少，对它的调理水平就越 低。让+ 5V输入端的电流占70%，+12V端的电流占30%，则/?2为
R2= (5.0V-2.5V) / (0.7xl.004mA) =35570 (取最接近值 3.57kn)
+ 12V端上的电阻尺3为
R3= (12V-2.5V) / (0.3 x 1.004mA) =31.5kn 最接近的值是31.6k()。
用多输入检测电路时，所有输入负载变化时，应当都可以改良交织调解性 能。
电压反馈最初一步是反馈断绝的题目，当考虑到输出电压会造成控制器毁坏 时，就要用反馈断绝（输出直流电压大于42.5V)。电气断绝有两种可用的要领: 光断绝（光隔离器）和电磁断绝（变压器）。这部份主如果先容应用比拟广泛的 断绝要领，也便是用光隔离器把反馈环与主电路断绝。光隔离器的CtlT〔电撒布 送比（或/wt//in))会随温度而漂移，也会跟着应用时候增添而逐步变差，并且 各个光耦隔离器的偏差局限也相差比较大。CtlT是用百分最近权衡的电流增益。 为了赔偿光隔离器的这些差别而不使用电位器，要把偏差放大器放在光隔离器的 二次侧（或输出侧）。偏差放大器能够检测到光隔离器漂移惹起的其输入端的偏 移，而后响应地去调解电流。典范的反馈断绝电路见图3-45。
Ｋ 原图误为/2。译者注
Ｌ 原图误为译者注
二次侧的偏差放大器平日接纳TL431。TL431是一个三端封装的器件，外部 有一个拥有温度赔偿的电压参考源和一个放大器。失常事情时，它需求有一个最 小为1.0mA的继续电流流入输入引脚，输入旌旗灯号就加到这个偏置电流上。
在这个例子中，操纵IC (UC3843AP)上的偏差放大器经由过程输出端的连贯使 它不克不及事情，如许就保障输入端是高电平。电阻的阻值并非很首要（每一个 取lOkQ)。赔偿引脚外部有一个1.0mA的电流源，在全额输入情况下，就能得 到一个+ 4.5V的“高”电压。
用来转变补偿器的输入值从而调理输入脉宽的网络，是个电流乞降网络。
保障从TL431来的事情电流经由过程光隔离器耦合，不会影响操纵1C外部1mA的 上拉电流源，当要全额输入脉宽时，这引脚上仍能够失掉+4.5V的电压。在全 额输入时，最坏情况下的最小电流是
二 1 2mA x 130% 二 1 56mA
这时候圮为
R, = (0.5V) / (1.56mA-1.0mA)
二892n〔取82〇n (S安伞裕量））
为了失掉0.3V的最小输入，光隔离器要给赔偿引脚供应史多的电流。要达到这 个B的，光隔离器传递的电流巨细为
4(max)二(4.5V-0.3V) /82〇a = 5.12inA 用光隔离器LED上的最大压降和TM31上端电压就能确记/?2的大小了。
R2 = (5V- (1.4V + 2.5V)) /5.12mA
二2i4n〔取2〇on平安裕最）〕
用来检测输入电压的电阻后面例子中用来交织检测的电阻设想同样。这 样电压反馈部份就只剩下偏差放大器的补偿器设想了（见附录设想揭示设计者偏差和温度漂移断绝反馈设想部份，需要对部份计较举行调解比方光隔离器的ChT可能在300%的范围内变迁，这 就要在电路屮加电位器。有些光隔离器创造依据举行分类如许它的 ctn.变迁局限就很小这类光隔离器很少创造厂商不肯这么做此外参考 电乐也要像TL431举行温度赔偿。
输丨I1,的精度平日请求参考量变迁在2%内，W于电压取样的电阻分压器卜. 的电阻精度要在之内输入的精度便是偏差的总和加上变乐器匝数的误
差。
电压反馈设想不少变迁，但上L&先容简略的，也是用得广泛的
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