開關電源中光耦隔離的幾種典型接法對比

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1、關鍵字：開關電源光耦隔離在一般的隔離電源中，光耦隔離反饋是一種簡單、低成本的方式。但對于光耦反饋的各種連接方式及其區(qū)別，目前尚未見到比較深入的研究。而且在很多場合下，由于對光耦的工作原理理解不夠深入，光耦接法混亂，往往導致電路不能正常工作。本研究將詳細分析光耦工作原理，并針對光耦反饋的幾種典型接法加以對比研究?！　?常見的幾種連接方式及其工作原理　　常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例，介紹這類光耦的特性?！　LP521的原邊相當于一個發(fā)光二極管，原邊電流If越大，光強越強，副邊三極管的電流Ic越大。副邊三極管電流Ic與原邊二極管電流If的比值稱

2、為光耦的電流放大系數(shù)，該系數(shù)隨溫度變化而變化，且受溫度影響較大。作反饋用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現(xiàn)反饋，因此在環(huán)境溫度變化劇烈的場合，由于放大系數(shù)的溫漂比較大，應盡量不通過光耦實現(xiàn)反饋。此外，使用這類光耦必須注意設計外圍參數(shù)，使其工作在比較寬的線性帶內(nèi)，否則電路對運行參數(shù)的敏感度太強，不利于電路的穩(wěn)定工作。　　通常選擇TL431結合TLP521進行反饋。這時，TL431的工作原理相當于一個內(nèi)部基準為2.5V的電壓誤差放大器，所以在其1腳與3腳之間，要接補償網(wǎng)絡?！　〕Ｒ姷墓怦罘答伒?種接法，如圖1所示。圖中，Vo為輸出電壓，Vd為芯片的供電電壓。com信號

3、接芯片的誤差放大器輸出腳，或者把PWM芯片（如UC3525）的內(nèi)部電壓誤差放大器接成同相放大器形式，com信號則接到其對應的同相端引腳。注意左邊的地為輸出電壓地，右邊的地為芯片供電電壓地，兩者之間用光耦隔離?！　D1所示接法的工作原理如下：當輸出電壓升高時，TL431的1腳（相當于電壓誤差放大器的反向輸入端）電壓上升，3腳（相當于電壓誤差放大器的輸出腳）電壓下降，光耦TLP521的原邊電流If增大，光耦的另一端輸出電流Ic增大，電阻R4上的電壓降增大，com引腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減小；反之，當輸出電壓降低時，調(diào)節(jié)過程類似?！　〕Ｒ姷牡?種接法，如圖2所示。與第1種接法不同

4、的是，該接法中光耦的第4腳直接接到芯片的誤差放大器輸出端，而芯片內(nèi)部的電壓誤差放大器必須接成同相端電位高于反相端電位的形式，利用運放的一種特性——當運放輸出電流過大（超過運放電流輸出能力）時，運放的輸出電壓值將下降，輸出電流越大，輸出電壓下降越多。因此，采用這種接法的電路，一定要把PWM芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上，且必須是同向端電位高于反向端電位，使誤差放大器初始輸出電壓為高?！　　　D2所示接法的工作原理是：當輸出電壓升高時，原邊電流If增大，輸出電流Ic增大，由于Ic已經(jīng)超過了電壓誤差放大器的電流輸出能力，com腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減?。环粗?，當輸出

5、電壓下降時，調(diào)節(jié)過程類似?！〕Ｒ姷牡?種接法，如圖3所示。與圖1基本相似，不同之處在于圖3中多了一個電阻R6，該電阻的作用是對TL431額外注入一個電流，避免TL431因注入電流過小而不能正常工作。實際上如適當選取電阻值R3，電阻R6可以省略。調(diào)節(jié)過程基本上同圖1接法一致?！　〕Ｒ姷牡?種接法，如圖4所示。該接法與第2種接法類似，區(qū)別在于com端與光耦第4腳之間多接了一個電阻R4，其作用與第3種接法中的R6一致，其工作原理基本同接法2?！　　　?各種接法的比較　　在比較之前，需要對實際的光耦TLP521的幾個特性曲線作一下分析。首先是Ic-Vce曲線，如圖5，圖6所示?！　　　∮蓤D5

6、、圖6可知，當If小于5mA時，If的微小變化都將引起Ic與Vce的劇烈變化，光耦的輸出特性曲線平緩。這時如果將光耦作為電源反饋網(wǎng)絡的一部分，其傳遞函數(shù)增益非常大。對于整個系統(tǒng)來說，一個非常高的增益容易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以將光耦的靜態(tài)工作點設置在電流If小于5mA是不恰當?shù)?，設置為5～10mA較恰當?！　〈送猓€需要分析光耦的Ic-If曲線，如圖7所示?！　∮蓤D7可以看出，在電流If小于10mA時，Ic-If基本不變，而在電流If大于10mA之后，光耦開始趨向飽和，Ic-If的值隨著If的增大而減小。對于一個電源系統(tǒng)來說，如果環(huán)路的增益是變化的，則將可能導致不穩(wěn)定，所以將靜態(tài)工作點設

7、置在If過大處（從而輸出特性容易飽和），也是不合理的。需要說明的是，Ic-If曲線是隨溫度變化的，但是溫度變化所影響的是在某一固定If值下的Ic值，對Ic-If比值基本無影響，曲線形狀仍然同圖7，只是溫度升高，曲線整體下移，這個特性從Ic-Ta曲線（如圖8所示）中可以看出?！　　　∮蓤D8可以看出，在If大于5mA時，Ic-Ta曲線基本上是互相平行的?！　「鶕?jù)上述分析，以下針對不同的典型接法，對比其特性以及適用范圍。本研究以實際的隔離半橋輔助電源及反激式電源