在研制开关电源时,不仅要设计好电路,还必须能正确选择元器件.单片开关电源的外围元器件大致可分成三大类:1)通用元器件包括电阻、电容、整流桥或整流管、稳压管、熔断器、自恢复保险丝.2)特种半导体器件主要有TL431型可调式精密并联稳压器、EMI滤波器、光耦合器、瞬态电压抑制器、快恢复及超快恢复二极管、肖特基二极管.3)磁性材料如高频变压器磁芯、电磁线(漆包线、三重绝缘线)、磁珠.下面介绍7种关键元器件的工作原理与选择方法.1.TL431型可调式精密并联稳压器TL431是由美国德州仪器公司(TI)和摩托罗拉公司生产的2.50~36V可调式精密并联稳压器.其性能优良,价格低廉,可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中.此外,TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等.目前在单片精密开关电源中,普遍用它来构成外部误差放大器,再与线性光耦合器组成隔离式光耦反馈电路.TL431系列产品包括TL431C、TL431AC、TL431I、TL431AI、TL431M、TL431Y,共6种型号.它属于三端可调式器件,利用两只外部电阻可设定2.50~36V范围内的任何基准电压值.TL431的电压温度系数αT=30×10-6/℃(即30ppm/℃).其动态阻抗低,典型值为0.2Ω.阴极工作电压UKA的允许范围是2.50~36V,阴极工作电流IKA=1~100mA.TL431大多采用DIP8或TO92封装形式,管脚排列分别如图1(a)及图1(b)所示.图中,A为阳极,使用时需接地.K为阴极,需经限流电阻接正电源.UREF是输出电压Uo的设定端,外接电阻分压器.NC为空(a)电路符号(b)基本接线图2TL431的电路符号与基本接线脚.TL431的等效电路见图1(c),主要包括4部分:1)误差放大器A,其同相输入端接从电阻分压器上得到的取样电压,反相输入端则接内部2.50V基准电压Uref,并且设计的UREF=Uref,UREF端常态下应为2.50V,因此亦称基准端;2)内部2.50V(准确值应为2.495V)基准电压源Uref;3)NPN型晶体管VT,它在电路中起到调节负载电流的作用;4)保护二极管VD,可防止因K,A间电源极性接反而损坏芯片.TL431的电路符号和基本接线如图2所示.它相当于一只可调式齐纳稳压管,输出电压由外部精密电阻R1和R2来设定,有公式Uo=UKA=(1+R1/R2)(1)R3是IKA的限流电阻.TL431的稳压原理可分析如下:当由于某种原因致使Uo↑时,取样电压UREF也随之升高,使UREF>Uref,比较器输出高电平,令VT导通,Uo↓.反之,Uo↓→UREF↓→UREFTL431可广泛用于单片开关电源中,作为外部误差放大器,构成光耦反馈式电路.其工作原理是当输出电压Uo发生波动时,经电阻分压后得到的取样电压就与TL431中的2.5V带隙基准电压进行比较,在阴极上形成误差电压,使LED的工作电流IF产生相应变化,再通过光耦去改变控制端电流IC的大小,调节TOPSwitch的输出占空比,使Uo不变,达到稳压目的.2.线性光耦合器光耦合器(OpticalCoupler)简称光耦.它是以光为媒介来传输电信号的器件.通常是把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内.当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换.普通光耦合器只能传输数字(开关)信号,不适合传输模拟信号.线性光耦合器是一种新型光电隔离器件,它能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号,使其应用领域大为拓宽.线性光耦与普通光耦的重要区别反映在电流传输比(CTR)上.CTR是光耦的重要参数,通常用直流电流传输比来表示.当输出电压保持恒定时,它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比.有公式CTR=×100%(2)采用一只光敏三极管的光耦合器,CTR的范围大多为20%~300%(例如4N35),而PC817则为80%~160%.达林顿型光耦(如4N30)可达100%~5000%.这表明欲获得同样的输出电流,后者只需较小的输入电流.因此CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处.线性光耦与普通光耦典型的CTRIF特性曲线,分别如图3中的虚线和实线所示.由图可见,普通光耦的CTRIF特性曲线呈非线性,在IF较小时的非线性失真尤为严重,因此它不适合传输模拟信号.线性光耦的CTRIF特性曲线具有良好的线性度,特别是在传输小信号时,其交流电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值,因此它适合传输模拟电压或电流信号,能使输出与输入之间呈线性关系.这是其重要特性.线性...
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