光耦反饋電路工作原理

本文格式為Word版，下載可任意編輯——光耦反饋電路工作原理在一般的隔離電源中，光耦隔離反應(yīng)是一種簡樸、低本金的方式。但對于光耦反應(yīng)的各種連接方式及其識別，目前尚未見到對比深入的研究。而且在好多場合下，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(dǎo)致電路不能正常工作。本研究將細(xì)致分析光耦工作原理，并針對光耦反應(yīng)的幾種典型接法加以比較研究。

1常見的幾種連接方式及其工作原理常用于反應(yīng)的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例，介紹這類光耦的特性。

TLP521的原邊相當(dāng)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。作反應(yīng)用的光耦正是利用“原邊電流變化將導(dǎo)致副邊電流變化”來實現(xiàn)反應(yīng)，因此在環(huán)境溫度變化強烈的場合，由于放大系數(shù)的溫漂對比大，應(yīng)盡量不通過光耦實現(xiàn)反應(yīng)。此外，使用這類光耦務(wù)必留神設(shè)計外圍參數(shù)，使其工作在對比寬的線性帶內(nèi)，否那么電路對運行參數(shù)的敏感度太強，不利于電路的穩(wěn)定工作。

通常選擇TL431結(jié)合TLP521舉行反應(yīng)。這時，TL431的工作原理相當(dāng)于一個內(nèi)部基準(zhǔn)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(luò)。

常見的光耦反應(yīng)第1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信號那么接到其對應(yīng)的同相端引腳。留神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。

圖1所示接法的工作原理如下：當(dāng)輸出電壓升高時，TL431的1腳(相當(dāng)于電壓誤差放大器的反向輸入端)電壓上升，3腳(相當(dāng)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(dāng)輸出電壓降低時，調(diào)理過程類似。

常見的第2種接法，如圖2所示。與第1種接法不同的是，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務(wù)必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(dāng)運放輸出電流過大(超過運放電流輸出才能)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，確定要把PWM芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上，且務(wù)必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。

圖2所示接法的工作原理是：當(dāng)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才能，com腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減??；

反之，當(dāng)輸出電壓下降時，調(diào)理過程類似。

常見的第3種接法，如圖3所示。與圖1根本好像，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，制止TL431因注入電流過小而不能正常工作。實際上如適選中取電阻值R3，電阻R6可以省略。調(diào)理過程根本上同圖1接法一致。

常見的第4種接法，如圖4所示。該接法與第2種接法類似，識別在于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，其工作原理根本同接法2。

2各種接法的對比在對比之前，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。

由圖5、圖6可知，當(dāng)If小于5mA時，If的微小變化都將引起Ic與Vce的強烈變化，光耦的輸出特性曲線平緩。這時假設(shè)將光耦作為電源反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一片面，其傳遞函數(shù)增益分外大。對于整個系統(tǒng)來說，一個分外高的增益輕易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以將光耦的靜態(tài)工作點設(shè)置在電流If小于5mA是不恰當(dāng)?shù)?，設(shè)置為5～10mA較恰當(dāng)。

此外，還需要分析光耦的Ic-If曲線，如圖7所示。

由圖7可以看出，在電流If小于10mA時，Ic-If根本不變，而在電流If大于10mA之后，光耦開頭趨向飽和，Ic-If的值隨著If的增大而減小。對于一個電源系統(tǒng)來說，假設(shè)環(huán)路的增益是變化的，那么將可能導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以將靜態(tài)工作點設(shè)置在If過大處(從而輸出特性輕易飽和)，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比值根本無影響，曲線外形依舊同圖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。

由圖8可以看出，在If大于5mA時，Ic-Ta曲線根本上是彼此平行的根據(jù)上述分析，以下針對不同的典型接法，比較其特性以及適用范圍。本研究以實際的隔離半橋輔佐電源及反激式電源為例說明。

第1種接法中，接到電壓誤差放大器輸出端的電壓是外部電壓經(jīng)電阻R4降壓之后得到，不受電壓誤差放大器電流輸出才能影響，光耦的工作點選取可以通過其外接電阻肆意調(diào)理。

按照前面的分析，令電流If的靜態(tài)工作點值大約為10mA，對應(yīng)的光耦工作溫度在0～100℃變化，值在20～15mA之間。一般PWM芯片的三角波幅值大小不超過3V，由此選定電阻R4的大小為670Ω，并同時確定TL431的3腳電壓的靜態(tài)工作點值為12V，那么可以選定電阻R3的值為560Ω。電阻R1與R2的值輕易選取，這里取為27k與4.7k。電阻R5與電容C1為PI補償，這里取為3k與10nF。

測驗中，半橋輔佐電源輸出負(fù)載為操縱板上的各類操縱芯片，加上多路輸出中各路的死負(fù)載，結(jié)果的實際功率大約為30w。實際測得的光耦4腳電壓(此電壓與芯片三角波相對比，從而抉擇驅(qū)動占空比)波形，如圖9所示。對應(yīng)的驅(qū)動信號波形，如圖10所示。

圖10的驅(qū)動波形有負(fù)電壓片面，是由于上、下管的驅(qū)動繞在一個驅(qū)動磁環(huán)上的起因?？梢钥闯?，驅(qū)動信號的占空比對比大，大約為0.7。

對于第2種接法，一般芯片內(nèi)部的電壓誤差放大器，其最大電流輸出才能為3mA左右，超過這個電流值，誤差放大器輸出的最高電壓將下降。所以，該接法中，假設(shè)電源穩(wěn)態(tài)占空對比大，那么電流Ic對比小，其值可能僅略大于3mA，對應(yīng)圖7，Ib為2mA左右。由圖6可知，Ib值較小時，微小的Ib變化將引起Ic強烈變化，光耦的增益分外大，這將導(dǎo)致閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)不輕易穩(wěn)定。而假設(shè)電源穩(wěn)態(tài)占空比對比小，光耦的4腳電壓對比小，對應(yīng)電壓誤差放大器的輸出電流較大，也就是Ic對比大(遠(yuǎn)大于3mA)，那么對應(yīng)的Ib也對比大，同樣對應(yīng)于圖6，當(dāng)Ib值較大時，對應(yīng)的光耦增益對比適中，閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)對比輕易穩(wěn)定。

同樣，對于上面的半橋輔佐電源電路，用接法2代替接法1，閉環(huán)不穩(wěn)定，用示波器查看光耦4腳電壓波形，有明顯的振蕩。光耦的4腳輸出電壓(對應(yīng)于UC3525的誤差放大器輸出腳電壓)，波形如圖11所示，可察覺明顯的振蕩。這是由于這個半橋電源穩(wěn)態(tài)占空比對比大，按接法2那么光耦增益大，系統(tǒng)不穩(wěn)定而展現(xiàn)振蕩。

實際上，第2種接法在反激電路中對比常見，這是由于反激電路一般都出于效率考慮，電路通常工作于斷續(xù)模式，驅(qū)動占空比對比小，對應(yīng)光耦電流Ic對比大，參考以上分析可知，閉環(huán)環(huán)路也對比輕易穩(wěn)定。

以下是另外一個測驗反激電路，工作在斷續(xù)模式，實際測得其光耦4腳電壓波形，如圖12所示。實際測得的驅(qū)動信號波形，如圖13所示，占空比約為0.2。

因此，在光耦反應(yīng)設(shè)計中，除了要根據(jù)光耦的特性參數(shù)來設(shè)置其外圍參數(shù)外，還理應(yīng)知道，不同占空比下對反應(yīng)方式的選取也是有限制的。反應(yīng)方式1、3適用于任何占空比處境，而反應(yīng)方式2、4對比適合于在占空比對比小的場合使用。

3終止語本研究列舉了4種典型光耦反應(yīng)接法，分析了各種接法下光耦反應(yīng)的原理以及各種限制因素，比較了各種接法的不同點。通過實際半橋和反激電路測試，驗證了電路工作的占空比對反應(yīng)方式選取的限制。結(jié)果對光耦反應(yīng)舉行總結(jié)，對今后的光耦反應(yīng)設(shè)計具有確定的參考價值6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850nm波長AlGaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的微小輸入電流。

特性：

①轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10MBit/s;②擺率高達(dá)10kV/us;③扇出系數(shù)為8;④規(guī)律電平輸出;⑤集電極開路輸出;工作參數(shù)：

最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v最大允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出(TTL負(fù)載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)操縱系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等6N137光耦合器的內(nèi)部布局、管腳如圖1所示。

6N137光耦合器的真值如表1所示：

6N137光耦合器的真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH需要留神的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有—個0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；

另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。

6N137光耦合器的使用需要留神兩點：第一是6N137光耦合器的第6腳Vo輸出電路屬于集電極開路電路，務(wù)必上拉一個電阻；

其次是6N137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個LED，務(wù)必串接一個限流電阻。

6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850nm波長AlGaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的微小輸入電流。

特性：

①轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10MBit/s;②擺率高達(dá)10kV/us;③扇出系數(shù)為8;④規(guī)律電平輸出;⑤集電極開路輸出;工作參數(shù)：

最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v最大允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出(TTL負(fù)載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)操縱系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等6N137光耦合器的內(nèi)部布局、管腳如圖1所示。

6N137光耦合器的真值如表1所示：

6N137光耦合器的真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH需要留神的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有—個0.1uF的去耦電容。在選擇電