基于TL431的负稳压器

小鬼头

pcb 发表于 2024-9-19 23:31
谢谢各位老师的指导，结合各位老师的建议和本人的实际需求，使用DIP封装的TL431，由于正电源使用了MMOS，故 ...

你这个电路，我用tina仿真了一下，表明他的特性和性能都不理想：

1、不具备LDO低压差特性。这是因为，至少需要有数伏的压差，才能满足Vgs的工作需求/mos管才能工作。

2、当输入电源电压不足时，bjt的工作电流太小，此时环路增益甚低。这意味着此时电路的基本性能甚差。但是，电路的高频稳定性反而不容易出问题。

3、当输入电源电压足够高（让bjt得到足够的电流）时，环路增益上去了，但相位裕量很小，很容易自激。

4、将10k电阻换为恒流源，可在不需要太高的输入电源电压的情况下获得足够的环路增益。但此时，高频稳定性方面还是很成问题。

由于我用手机注册不了Ti公司的网站，无法下载他那里可供ac仿真分析用的tl431模型，上面的仿真，都是使用我“自制”的tl431替代模型来进行的。

小鬼头

小鬼头 发表于 2024-9-20 16:08
你这个电路，我用tina仿真了一下，表明他的特性和性能都不理想：

1、不具备LDO低压差特性。这是因为， ...

仿真的图片：

1、输入电压不足时。

可看到，250欧负载（即100多mA时）时，电路有增益（环路增益大于0dB）。重负载时没有增益（环路增益小于0dB）



注意：上面电路的下半部分（红色大圆圈的）是tl431的替代模型。


2、输入电压提升到45V时。

Bode图显示，环路增益上去了（都明显高于0dB），但相位裕量为负值（PM为负值），代表电路会自激。



3、使用恒流源作为bjt负载。

输入电压与第一节相同（都是38V），环路增益比第一节好得多。可是，PM仍为负值，仍存很大问题。

MF35_

MT4S301 发表于 2024-8-28 19:44
当一个事物很少见时，您需要意识到这件事可能很难做/效果一般/很难做并且效果一般

没错，一般被广泛使用的，往往是性价比上的极优解，在理论发展几乎进入瓶颈的今天，如果你设计了一个几乎没见过的电路，那基本说明这个电路“不好用/成本高/不好用并且成本高”

当然，玩儿就另说了

MF35_

pcb 发表于 2024-8-28 20:19
没关系，主打一个玩！

没错，玩儿就是随便折腾，谁敢说重复造轮子没有乐趣

我的建议是，不要把TL431作为调整（放大）器件来使用，最好只作为电压基准，调整（放大）通过其他方式实现，因为TL431这玩意儿做调整器件真的很蛋疼

小鬼头

楼主可试试我最近构思出来、且经过仿真验证的ldo负电源电路。

电路是按负25V/约1A输出设计的，你把9k电阻改动一下即可获得你需要的电压（电流方面可能需改用合适的功率bjt）。这样的改动，基本不影响这个电路的特性和表现。

电路图如下：



相关的仿真结果：

1、PM情况

这是按稳定性差的情形来仿真的。因为这个电路，输出电容越大、负载越轻，高频稳定性越差。图中仿真的是输出电容取220u、负载为10
mA（2.5k欧）、100mA（250欧）时、1A（25欧）和3A（8欧）时的情形，可看到，最小的PM也达到50度。



2、环路增益情况

下图显示，此电路在输出3A电流（8欧负载）时，环路增益能达到不错的70dB。如果负载轻（比如100mA/250欧），则高达100dB。

有这个程度的环路增益，表明此电路的基本性能是比较好的。

MT4S301

MF35_ 发表于 2024-9-20 17:17
没错，玩儿就是随便折腾，谁敢说重复造轮子没有乐趣

我的建议是，不要把TL431作为调整（放大）器 ...

支持这条建议，本人一直以来的立场是TL431不进电源EA环路
自己做的正负13V、3A的LDO只用一颗2.5V两端子基准。
负压路线的基准由一元一颗的台产OP07反相放大产生，负LDO的环路带宽不受基准/OP07影响。
相比分离管稳压电路，一片OP07占据PCB面积可以忽略。

zxyxsh

pcb 发表于 2024-9-20 13:32
製作负电源电路的目的是和正电源一起组成正负双路稳压电源。

除非变压器次级是三线双绕组才要用负极稳压。如果次级是两个分开的独立绕组，还是用正稳压比较方便。

MF35_

zxyxsh 发表于 2024-9-21 08:49
除非变压器次级是三线双绕组才要用负极稳压。如果次级是两个分开的独立绕组，还是用正稳压比较方便。

我自绕电源变压器就是这么干的，从来不用中心抽头的绕组，就是为了只使用正稳压器，正稳压器的性能要优于负稳压器，而且采购很方便。而且中心抽头和绕两个绕组复杂度一样的

zxyxsh

MF35_ 发表于 2024-9-21 12:55
我自绕电源变压器就是这么干的，从来不用中心抽头的绕组，就是为了只使用正稳压器，正稳压器的性能要优于 ...

大多的中心抽头，其实大多也是双线并绕后做出来的中间抽头，或者漆包线折叠出来做的中间抽头，可以人为掐断做单独绕组用。

pcb

小鬼头 发表于 2024-9-20 16:55
仿真的图片：

1、输入电压不足时。

谢谢薛老师的仿真和讲解。
将电路作如下改进：增加二倍压整流（电荷泵）电路，并通过恒流二极管给调整管栅极提供偏置电压，以改善调整管压差和环路增益。通过这样的改进，薛老师认为仿真性能是否会有所改善呢？



感谢薛老师推荐的电路，会尽快进行验证：

MF35_

zxyxsh 发表于 2024-9-21 13:10
大多的中心抽头，其实大多也是双线并绕后做出来的中间抽头，或者漆包线折叠出来做的中间抽头，可以人为掐 ...

电源变压器对绕组一致性要求不高，而双线并绕太麻烦了，所以电源变压器不会给你双线并绕，我拆过的中心抽头变压器，都是两半分别绕的（也就是绕到一半抽个头出来），中间是否能够分开取决于引出方式，如果是单独的接线片或电线引出就没法分开，里面其实就是把漆包线上焊了个阴线，只有线特别粗的才会直接折线引出，这种直接分开就行了

pcb

MT4S301 发表于 2024-9-20 19:13
支持这条建议，本人一直以来的立场是TL431不进电源EA环路
自己做的正负13V、3A的LDO只用一颗2.5V两端 ...

TL431价格非常低廉，而且外围电路十分简洁，作为稳压电源的廉价实现方案，值得一试。

pcb

zxyxsh 发表于 2024-9-21 13:10
大多的中心抽头，其实大多也是双线并绕后做出来的中间抽头，或者漆包线折叠出来做的中间抽头，可以人为掐 ...

现在出售的很多变压器，无论次级是中心抽头的，还是有两个独立绕组的，都不是双线并绕的，通过测量次级的直流电阻就可以判断，后绕的绕组处于外圈阻值更大。原因就是一根线从头绕到尾，绕制更简单，成本更低。

pcb

MF35_ 发表于 2024-9-21 13:21
电源变压器对绕组一致性要求不高，而双线并绕太麻烦了，所以电源变压器不会给你双线并绕，我拆过的中 ...

朋友所言极是！

qmycy

小鬼头 发表于 2024-9-20 16:55
仿真的图片：

1、输入电压不足时。

看了你的贴，给出了仿真波特图，讲了原理，但是没讲措施。
根据你发的波特图，大致有三种补偿方式：
第一种：

第二种：

第三种：

要不再一起探讨以下？