单片开关电源及PCB设计 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） （3.34）
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-II的输出占空比，使Uo不变，达到稳压目的。
3.3.8 光耦合器的选择
光耦合器（Optical Coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（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。近年来问世的线性光耦合器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。
(1) 光耦合器的性能特点
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单片开关电源及PCB设计 光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离 、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。
光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。?
电流传输比是光耦合器的重要参数，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。其公式为：
CTR?IC?100% （3.35） IF采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%～300%（如4N35），而PC817则为80%～160%，达林顿型光耦合器（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。线性光耦合器与普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲线，分别如图3.5中的虚线和实线所示。
图3.5 光耦合器CTR-IF特性曲线
由图3.5可见，普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线
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单片开关电源及PCB设计 性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF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。 (2) 线性光耦合器的选取原则
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下：
①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%。这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF＞5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。
②推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。 ③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号(高、低电平)，因此不推荐用在开关电源中。
经过计算CTR=126%，故采用Motorola公司的CNY17-3型光耦管。
3.3.9 自恢复保险丝的选择
(1) 自恢复保险丝的原理及特点
自恢复保险丝（ResettableFuse）的英文缩写为RF。它是20世纪90年代问世的一种新型过流保护器件。传统的保险丝属于一次性过流 保护器，使用很不方便。美国硅谷的瑞侃（ Raychem）公司最近研制成功由聚合物（polymer）掺 加导体而制成的自恢复保险丝，圆满地解决了上述难题。它具有体积小、种类规格齐全、开 关特性好、能自行恢复、反复使用、不需维修 等优点。其中，RXE系列为圆片形，RUE系列属方 形，miniSMD
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单片开关电源及PCB设计 为小型化表面安装器件，SRP系列为片状[17]。
自恢复保险丝具有开关特性，亦称之为聚合物开关（polyswitch）。内部由高分子晶状聚合物和导电链构成。由于聚合物能将导电链紧密地束缚在晶状结构上，因此常态下的电阻非常低，仅为零点几Ω左右。当工作电流通过自恢复保险丝时所产生的热量很小，不会改 变聚合物内部的晶状结构。当发生短路故障时 ，电流急剧增大，导电链产生的热量使聚合物从晶状胶体变成非晶状胶体，原本被束缚的导电链便自行分离断裂，器件的电阻值就迅速增加几个数量级，呈开路状态，立即将电流切断 ，起到保护作用。而一旦过流故障被排除掉，器件很快又恢复成低阻态。正是这种“低阻（通态）超高阻（断态）”的可持续转换，才使之能反复使用而无须更换。
自恢复保险丝的电阻－温度特性如图3.6所示，共分5个阶段：当温度较低时，其 发热量与散热量达到动态平衡（阶段1）；即使电流稍大或环境温度略微升高，增加的热量仍可散发到空气中（阶段2）；但是，若电流进一步增大（阶段3），直至发热量大于散热量时（阶段4），自恢复保险丝的温度就会迅速升高，很小的温度变化量就会造成电阻值急剧增大，阻挡住电流通过，保护设备免受损害；阶段5则属于禁用区。在过流故障消除后的几s之内，随着温度的降低，电阻值又迅速减小。
图3.6 电阻温度特性
需要指出，自恢复保险丝也具有正温度系数（PTC）特性，但与具有正温度系数特 性的热敏电阻有着本质区别。它属于高分子聚 合物－导体，而PTC元件是由钛酸钡与稀土元素烧结而成的陶瓷材料；此外PTC元件在常温下的电阻值较大，不适合作保险丝使用。
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单片开关电源及PCB设计 (2) 自恢复保险丝的选取
表11部分型号自恢复保险丝参数
产品型号 MF-R MF-RX MF-MSMF MF-NSMF 工作电压最大值（V） 16-60 60 6-60 6-30 中断电流最大值（A） 40-100 40 40-100 10-100 功耗（W） 0.22-4.5 1.5-3.2 0.8 0.8 已知所设计电路的Uo=24V，Io=2.08A，故选用MF-NSMF型号的保险丝。
3.4 单片开关电源保护电路的设计
3.4.1 输出过电压保护电路的设计
电路图如图3.7所示。这里是用两只PNP和NPN型晶体管VT1、VT2，来构成分立式晶闸管（SCR），其三个电极分别为阳极A、阴极K、门极（又称控制极）G。反馈电压UFB经稳压管VDZ2和电阻R1分压后提供门极电压UG。正常情况下UG较低，SCR关断。当次级出现过电压时，
Uo↑→UFB↑→UG↑，就触发SCR并使之导通，进而使控制端电压Uc变成低电平，将TOPSwitch-II关断，起到保护作用。稳压管VDZ2的稳定电压与VT2的发射结电压之和等于（UZ2+UBE2），当UFB﹥UZ2+UBE2时，就进行过电压保护[2]。
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