开关电源光耦的效果及典型接法图

2017-05-28 11:22分类：电子技术阅读：

1、多见的几种联接办法及其作业原理
　　常用于反响的光耦类型有TLP521、PC817等。这儿以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。
　　TLP521的原边恰当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流拓宽系数，该系数随温度改动而改动，且受温度影响较大。作反运用的光耦恰是运用“原边电流改动将致使副边电流改动”来结束反响，因而在环境温度改动剧烈的场合，由于拓宽系数的温漂比照大，应尽量不经过光耦结束反响。此外，运用这类光耦有必要留神计划外围参数，使其作业在比照宽的线性带内，不然电路对作业参数的活络度太强，晦气于电路的安稳作业。
　　通常挑选TL431联络TLP521进行反响。这时，TL431的作业原理恰当于一个内部基准为2.5V的电压过失拓宽器，所以在其1脚与3脚之间，要接抵偿网络。
　　TL431是三端可编程并联稳压二极管开关电源中光耦的效果

　　多见的光耦反响第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的过失拓宽器输出脚，或许把PWM芯片(如UC3525)的内部电压过失拓宽器接成同相拓宽器办法，com信号则接到其对应的同相端引脚。留神左面的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔绝。
　　图1所示接法的作业原理如下：当输出电压添加时，TL431的1脚(恰当于电压过失拓宽器的反向输入端)电压上升，3脚(恰当于电压过失拓宽器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，调度进程相似。开关电源中光耦的效果
　　多见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法纷歧样的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的过失拓宽器输出端，而芯片内部的电压过失拓宽器有必要接成同相端电位高于反相端电位的办法，运用运放的一种特性——当运放输出电流过大(逾越运放电流输出才调)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因而，选用这种接法的电路，必定要把PWM芯片的过失拓宽器的两个输入引脚接到固定电位上，且有必要是同向端电位高于反向端电位，使过失拓宽器初始输出电压为高。
　　图2所示接法的作业原理是：当输出电压添加时，原边电流If增大，输出电流Ic增大，由于Ic现已逾越了电压过失拓宽器的电流输出才调，com脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，调度进程相似。

　　多见的第3种接法，如图3所示。与图1根柢相似，纷歧样的本地在于图3中多了一个电阻R6，该电阻的效果是对TL431额外写入一个电流，避免TL431因写入电流过小而不能正常作业。实习上如恰当挑选电阻值R3，电阻R6能够省掉。调度进程根柢上同图1接法一同。
　　多见的第4种接法，如图4所示。该接法与第2种接法相似，差异在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4，其效果与第3种接法中的R6一同，其作业原理根柢同接法2。

　　2、各种接法的比照
　　在比照之前，需求对实习的光耦TLP521的几个特性曲线作一下剖析。首要是Ic-Vce曲线，如图5，图6所示。开关电源中光耦的效果。

　　由图5、图6可知，当If小于5mA时，If的纤细改动都将致使Ic与Vce的剧烈改动，光耦的输出特性曲线峻峭。这时假定将光耦作为电源反响网络的一有些，其传递函数增益十分大。对于悉数体系来说，一个十分高的增益简略致使体系不安稳，所以将光耦的静态作业点设置在电流If小于5mA是不恰当的，设置为5～10mA较恰当。
　　此外，还需求剖析光耦的Ic-If曲线，如图7所示。
　　由图7能够看出，在电流If小于10mA时，Ic-If根柢不变，而在电流If大于10mA往后，光耦开端趋向丰满，Ic-If的值跟着If的增大而减小。对于一个电源体系来说，假定环路的增益是改动的，则将或许致使不安稳，所以将静态作业点设置在If过大处(然后输出特性简略丰满)，也是不合理的。需求阐明的是，Ic-If曲线是随温度改动的，但是温度改动所影响的是在某一固定If值下的Ic值，对Ic-If比值根柢无影响，曲线形状依然同图7，仅仅温度添加，曲线全体下移，这个特性从Ic-Ta曲线(如图8所示)中能够看出。

　　由图8能够看出，在If大于5mA时，Ic-Ta曲线根柢上是彼此平行的。
　　依据上述剖析，以下对于纷歧样的典型接法，比照其特性以及适用计划。本研讨以实习的隔绝半桥辅佐电源及反激式电源为例阐明。
　　第1种接法中，接到电压过失拓宽器输出端的电压是外部电压经电阻R4降压往后得到，不受电压过失拓宽器电流输出才调影响，光耦的作业点挑选能够经过其外接电阻随意调度。
　　依照前面的剖析，令电流If的静态作业点值大约为10mA，对应的光耦作业温度在0～100℃改动，值在20～15mA之间。通常PWM芯片的三角波幅值巨细不逾越3V，由此选定电阻R4的巨细为670Ω，并一同断定TL431的3脚电压的静态作业点值为12V，那么能够选定电阻R3的值为560Ω。电阻R1与R2的值简略挑选，这儿取为27k与4.7k。电阻R5与电容C1为PI抵偿，这儿取为3k与10nF。
　　试验中，半桥辅佐电源输出负载为操控板上的各类操控芯片，加上多路输出中各路的死负载，终究的实习功率大约为30w。实习测得的光耦4脚电压(此电压与芯片三角波比照照，然后挑选驱动占空比)波形，如图9所示。对应的驱动信号波形，如图10所示。
　　图10的驱动波形有负电压有些，是由于上、下管的驱动绕在一个驱动磁环上的要素。能够看出，驱动信号的占空比比照大，大约为0.7。

　　对于第2种接法，通常芯片内部的电压过失拓宽器，其最大电流输出才调为3mA分配，逾越这个电流值，过失拓宽器输出的最高电压将下降。所以，该接法中，假定电源稳态占空比照大，那么电流Ic比照小，其值或许仅略大于3mA，对应图7，Ib为2mA分配。由图6可知，Ib值较小时，纤细的Ib改动将致使Ic剧烈改动，光耦的增益十分大，这将致使闭环网络不简略安稳。而假定电源稳态占空比比照小，光耦的4脚电压比照小，对应电压过失拓宽器的输出电流较大，也便是Ic比照大(远大于3mA)，则对应的Ib也比照大，一样对应于图6，当Ib值较大时，对应的光耦增益比照适中，闭环网络比照简略安稳。
　　一样，对于上面的半桥辅佐电源电路，用接法2替代接法1，闭环不安稳，用示波器查询光耦4脚电压波形，有显着的振动。光耦的4脚输出电压(对应于UC3525的过失拓宽器输出脚电压)，波形如图11所示，可发现显着的振动。这是由于这个半桥电源稳态占空比比照大，按接法2则光耦增益大，体系不安稳而呈现振动。

　　实习上，第2种接法在反激电路中比照多见，这是由于反激电路通常都出于功率思考，电路通常作业于断续办法，驱动占空比比照小，对应光耦电流Ic比照大，参看以上剖析可知，闭环环路也比照简略安稳。
　　以下是别的一个试验反激电路，作业在断续办法，实习测得其光耦4脚电压波形，如图12所示。实习测得的驱动信号波形，如图13所示，占空比约为0.2。

　　因而，在光耦反响计划中，除了要依据光耦的特性参数来设置其外围参数外，还应当知道，纷歧样占空比下对反响办法的挑选也是有绑缚的。反响办法1、3适用于任何占空比状况，而反响办法2、4比照适宜适在占空比比照小的场合运用。
　　3、结束语
　　本研讨罗列了4种典型光耦反响接法，剖析了各种接法下光耦反响的原理以及各种绑缚要素，比照了各种接法的纷歧样点。经过实习半桥和反激电路查验，验证了电路作业的占空比对反响办法挑选的绑缚。终究对光耦反响进行总结，对往后的光耦反响计划具有必定的参看价值。
　　开关电源的光耦首要是隔绝、供应反响信号和开关效果。开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压供应的，当输出电压低于稳压管电压是给信号光耦接通，加大占空比，使得输出电压添加；反之则关断光耦减小占空比，使得输出电压下降。旦高频变压器次级负载超载或开关电路有缺点，就没有光耦电源供应，光耦就操控着开关电路不能起振，然后维护开关管不至被击穿焚毁。
　　通常光耦与TL431一同运用。下面是LED电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG03655的有些电路。两电阻串联取样到431R端与内部比照器进行比照。然后依据比出的信号再操控431K端(阳极接光耦那一端)对地的电阻，然后抵达操控光耦内部发光二极管的亮度。(光耦内部一边是一发光二极管，一边是一光敏三极管)经过发光的强度。操控另一端三极管的CE端的电阻也便是改动了led电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365查看脚的电流（1脚：电压反响引脚，经过联接光耦到地来调整占控比）。依据电流的巨细，led电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365就会主动调整输出信号的占空比，抵达稳压的意图。

　　TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365芯片是一款高集成度、高功用的PWM＋MOSFET管二合一的电流型离线式开关电源操控器。适用于充电器、电源适配器、LED驱动电源等各类小功率的开关电源。选用DIP8封装，无需加散热器可输出0～36W的功率（加散热能够做到更大）。电路构造简略，本钱低。具有完善的维护功用，包含过压、欠压、过温、过载及短路等维护。固定振动频率及抖频功用，能够下降EMI。待机功率低，在待机时进入跳周期办法，契合“动力之星”等候机功耗标准央求。