2、基于TL431構成的自激式Buck變換器

　　TL431是精密基準電源，其內部功能框圖及電路符號如圖3所示，L431所謂的陽極（A）、陰極（K）實際上是內部二極管的正負極。正常工作時，陽極接參考地，陰極既是供電端又是電壓調整端。當內部集成運放的同相端電壓高于基準電壓（反相端）時，集成運放輸出電壓升高，陰極電壓下降，反之亦反。Vref是TL431內部的基準電壓，Vref=2.5V。

　　如圖4所示是以TL431為主構成的Buck變換器。在這個自激式DC-DC降壓電路中，TL431不僅作為基準源，而且作為自激振蕩的有源器件。

　　初始上電時，R4給VT2提供啟動電，VT3導通，繼而VT2、VT1導通（因為TIP41是中功率管，電流放大倍數較小，故增加VT2驅動），續流二極管VD1反偏截止，電感L1勵磁蓄能。輸出電壓V0經采樣電阻R7（C3用于頻率補償）與R8的分壓加TL431的參考端（R），電壓小于2.5V時TL431的吸納電流很小，VT3因基極電壓較高而保持導通。另一方面，輸入電壓VI由R2與R3分壓加到VT3的發射極，當VT3導通時發射極電流與R2的電流一同作用在R3上，電容C2充電，電壓上升。

　　隨著VT1持續導通，VO升高，TL431參考端（R）的電壓逐漸上升接近于2.5V，TL431吸納電流增大，VT2基極電壓下降；電容C2充電、電壓升高。因此，有下述過程發生：

　　（VB2↓&VE2↑）→VBE2↓→VC2↑→VC1↓

　　VT1集電極輸出電壓VC1經R6與R5分壓，加到TL431的陽極（A）的電壓降低。此刻，TL431參考端（R）與陽極（A）之間的電壓增大，TL431吸納電流進一步增大，加劇VT2基極電壓下降，加速VT1、VT2關斷。

　　VT1、VT2關斷時，VO下降，TL431參考端（R）的電壓逐漸下降接近于2.5V，TL431吸納電流減小，VT2基極電壓上升；電容C2放電、電壓下降。因此，有下述過程發生：

　　（VB2↑&VE2↓）→VBE2↑→VC2↓→VC1↑

　　VT1集電極輸出電壓經與分壓，加到TL431的陽極（A）的電壓升高。此刻，TL431參考端（R）與陽極（A）之間的電壓減小，TL431吸納電流進一步減小，加劇VT2基極電壓上升，加速VT1、VT1導通。

　　根據電路的工作原理可知，輸出電壓VO為

　　為了便于深入分析電路工作的本質，現在把電源電壓VI設為25V，實測輸出電壓VO為5.0V，VT3基極為8.1V，發射極為8.6V。若VT3不存在，電源電壓VI經R2、R3分壓，VT2發射極電壓為7.8V（），因為VT2的存在且周期性導通，其發射極周期性輸出電流作用與R3上，經C2暫存，故VT3發射極的實際電壓高于7.8V。

　　如圖5所示為負載5Ω開關管集電極的電壓波形。由圖示可見，VT1基極的電壓波形為交流測試所得振幅較小。若用直流測試，VT1基極電壓的變化相對于太小了，根本不易觀察。VT1集電極為振幅為25V的PWM脈沖，與VT1基極的負脈沖相對應，開關頻率約34kHz。

　　用數字萬用表測量VT3導通時其集電極比電源電壓VI低1.4V，基極約為8.1V，發射極約為8.6V，VCE遠遠超過0.2V。VT1導通時其集電極接近于VI。因此，VT3開關狀態中的“開”狀態是放大導通，而VT1開關狀態中的“開”狀態是飽和導通。

　　圖5開關管VT1基極與集電極的電壓波形（負載5Ω）

　　（1）計算CCM模式的輸出電壓

　　當負載不變、電源電壓降低到10V時VT1集電極的電壓波形如圖6所示。這時，變換器工作于CCM模式且工作頻率也有較大的變化，由圖5的34kHz上升到圖6的157kHz。因此，這種自激式Buck變換器屬于混合調制型，即開關管的工作頻率及導通時間均會發生變化的開關電源。

　　圖6電源電壓為10V時VT1集電極的電壓波形（負載5Ω）