Шунтовой регулятор служит недорогим операционным усилителем в источнике питания

Популярная микросхема TL431, разработанная для использования в качестве трехвыводного шунтового регулятора, выпускается многими производителями и предлагает разработчикам множество интригующих возможностей, выходящих за рамки ее предполагаемого применения. TL431 содержит прецизионный источник опорного напряжения, операционный усилитель и шунтирующий транзистор (Рисунок 1a). В типичном приложении регулятора напряжения добавление двух внешних резисторов R_A и R_B позволяет устанавливать стабилизированное выходное напряжение на нижнем выводе нагрузочного резистора R_S (Рисунок 1б).

Рисунок 1.	Внутреннее устройство TL431 достаточно сложное (а), однако для использования микросхемы в качестве параллельного стабилизатора нужно всего три внешних резистора (б).

На современном рынке источников питания движущей силой большинства разработок является снижение стоимости, о чем свидетельствуют азиатские производители, которые за копейки продают свои источники питания, используя односторонние печатные платы. В этой статье показано, как трехвыводной шунтовой регулятор может заменить более дорогой обычный операционный усилитель в схеме преобразователя энергии.

В импульсном источнике питания используется гальванически изолированная цепь обратной связи ШИМ (Рисунок 2). В конструкциях, в которых отсутствует усилитель напряжения, шунтовой регулятор может служить недорогим операционным усилителем. Резисторы R_I и R задают выходное напряжение источника питания, а оптопара IC₂ обеспечивает гальваническую развязку. Резистор R₃ и стабилитрон D₁ устанавливают фиксированное напряжение смещения, гарантирующее, что цепь обратной связи не замкнется через резистор R₁. Резисторы R₁ и R₂ определяют усиление цепи, связанной с оптопарой. В большинстве конструкций отношение сопротивлений R₂ и R₁ равно примерно 10 к 1.

Рисунок 2.	TL431 заменяет более дорогой операционный усилитель в цепи обратной связи ШИМ этого источника питания.

Компоненты C_P, C_Z и R_Z обеспечиваю частотную коррекцию петли обратной связи. Частотная характеристика оптоизолятора имеет высокочастотный полюс на частоте f_P, о котором ничего не говорится в технических описаниях большинства оптронов. Чтобы определить местоположение этого полюса или убедиться, что он находится на частоте примерно 10 кГц, можно использовать анализатор цепей. Малосигнальную передаточную функцию G_C(s) цепи частотной коррекции описывает следующая формула:
 
Обратите внимание, что в некоторых случаях для снижения выходного шума может потребоваться включение дополнительного блокировочного конденсатора параллельно диоду D₁.

Материалы по теме

1. Datasheet Diodes TL431