減少電源起動時發(fā)生故障的并聯(lián)穩(wěn)壓器

　　TL431是很多廠家供應(yīng)的一種常用三端并聯(lián)穩(wěn)壓器，在其應(yīng)用中為設(shè)計師提供了多方面的功能。圖1a是TL431的內(nèi)部電路，包括一個精密電壓基準(zhǔn)、一個運(yùn)算放大器，以及一個并聯(lián)晶體管（參考文獻(xiàn)1）。在典型的穩(wěn)壓器應(yīng)用中，用兩只外接電阻器R_A和R_B確定負(fù)載電阻器R_S 低端的并聯(lián)穩(wěn)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(guān)電源）PWM（脈寬調(diào)制）控制器的低功耗輔助電源。在某些電源設(shè)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 W_AUX 為 PWM 控制器提供能量，W_AUX 是變壓器 T₁ 的一部分。電阻器 R_T 和電容器 C_HOLD 構(gòu)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 R_T 只為涓流充電電容器 C_HOLD 提供足夠電流，使之充至電壓 V_AUX。一旦電路起動，它會按預(yù)期正常運(yùn)行，為負(fù)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(fù)載會降低供給輔助偏置繞組的能量，耗盡C_HOLD上的電荷，導(dǎo)致IC₁關(guān)斷，從而破壞輸出穩(wěn)壓，使電源運(yùn)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(dāng)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(guān)閉，以節(jié)省能量。本電路中，輕載條件下一個串聯(lián)穩(wěn)壓器導(dǎo)通，而當(dāng)偏置線圈可以為PWM控制器提供能量時則關(guān)斷，因而節(jié)省了正常負(fù)載時的能量，提高了變換器的效率。

　　電阻器R_A至R_D、并聯(lián)穩(wěn)壓器 IC₁、二極管D₁以及晶體管Q₁共同構(gòu)成一個輕載串聯(lián)穩(wěn)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(guān)斷電壓與輔助偏置繞組整流輸出經(jīng)整流產(chǎn)生的標(biāo)稱電壓之間，即 V_{AUX_NOM}之間。實際上，IC₁的V_CC腳上的電壓允許接線OR方式，電壓較高：V_{AUX_NOM} 或晶體管 Q₁ 的射極電壓。當(dāng)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(guān)斷以節(jié)約能量。反之，當(dāng)由于輕輸出負(fù)載而使 V_AUX 降至 V_{AUX_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 R_T，因為大多數(shù) PWM 控制器都具有欠壓鎖定功能，能夠在高于標(biāo)稱電源電壓時起動。

　　設(shè)計串聯(lián)穩(wěn)壓器時，選擇電阻器 R_C 為 IC₂ 提供足夠的工作電流，而選擇電阻器 R_D 是為將 Q₁ 的集電極電壓與電流保持在安全工作區(qū)域內(nèi)。選擇電阻器 R_A 和 R_B 將串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出電壓設(shè)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(biāo)稱電壓。選擇旁路電容器 C_A 以減小 IC₂ 上的紋波電壓。

　　下式可用于對電阻器 R_A 和 R_B 構(gòu)成的分壓器作調(diào)整：

　　Q₁ 射極上的電壓必須低于標(biāo)稱輔助電壓，后者由輔助偏置繞組提供。V_REF 為 IC₂ 的內(nèi)部標(biāo)稱基準(zhǔn)電壓，2.495V，而 V_D1 和 V_BE(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(xiàn)
　　O'Loughlin, Michael, "Shunt regulator serves as inexpensive op amp in power supplies," EDN, Sept 15, 2005, pg 96.