如何正確理解TL431的工作方式

　　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(dāng)中，TL431也作為一種并聯(lián)型的穩(wěn)壓電路來使用，當(dāng)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(zhǔn)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(jìn)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是TL431的內(nèi)部原理圖

　　首先，這里有一個最最基本的問題。當(dāng)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

　　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(fù)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(jìn)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(zhǔn)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(fù)載電阻。就是說，如果輸入電壓固定，負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(dá)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。

　　然而卻無論如何都無法成為法國專家的說法。這個電阻，無法用頻率補(bǔ)償?shù)哪翘追椒ǚ治鲇嬎恪５侥壳盀橹?，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(rèn)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(zhǔn)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(jìn)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(fù)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(fù)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(fù)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(dāng)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(yán)重的非線性電路。如果TL431無法小信號化，那么所謂的II型補(bǔ)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(bǔ)償方法，居然真的起作用了。當(dāng)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(bǔ)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(bǔ)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(dāng)作理想的。為了證明431的電流控制方式，II型補(bǔ)償依然有效，進(jìn)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(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)形式。也就說明了，II補(bǔ)償，對于TL431型反饋電路來說，補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)償方法補(bǔ)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(bǔ)償方法的。例如PID，II