在隔離電源中，光耦合器將反饋信號(hào)傳遞到隔離邊界。光耦合器包含發(fā)光二極管 (LED) 和光電檢測(cè)器。流經(jīng) LED 的電流會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)光電檢測(cè)器的電流成比例。電流傳輸比 (CTR) 是從 LED 到光電檢測(cè)器的電流增益，通常具有非常寬的容差。當(dāng)您設(shè)計(jì)隔離反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須考慮光耦合器和決定大信號(hào)增益的所有其他組件的容差。忽視此任務(wù)很容易導(dǎo)致產(chǎn)品投入生產(chǎn)后退貨。
圖 1所示的隔離反饋網(wǎng)絡(luò)原理圖是最常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。 TI 的 TL431 包含誤差放大器和基準(zhǔn)。 R3 和 R5 的電阻分壓器以及 TL431 的內(nèi)部參考電壓設(shè)置輸出電壓。反饋網(wǎng)絡(luò)通過(guò)改變脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器反饋引腳上的電壓來(lái)控制輸送到電源輸出的功率。當(dāng) V OUT 漂移較高時(shí)，TL431 陰極會(huì)通過(guò)光耦合器拉動(dòng)更多電流，從而將反饋引腳拉低。當(dāng) V OUT 漂移較低時(shí)，TL431 陰極命令來(lái)自光耦合器的電流較小，從而允許反饋引腳浮動(dòng)較高。
正確的設(shè)計(jì)必須確保該電路能夠在其整個(gè)動(dòng)態(tài)工作范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)控制器的反饋引腳，同時(shí)考慮所有主要變量的最壞情況容差。
圖 1 該電路通常在隔離電源中生成反饋信號(hào)。
第一步是確定控制器中反饋引腳的動(dòng)態(tài)工作范圍。所有控制器都不同，因此此任務(wù)需要對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行一些調(diào)查。例如，假設(shè)您使用 UCC2897A 來(lái)控制 12V 輸出有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器。閱讀 UCC2897A 數(shù)據(jù)表中的“詳細(xì)引腳描述”會(huì)發(fā)現(xiàn)，反饋引腳上的 2.5V 電壓會(huì)導(dǎo)致零占空比，而 4.5V 的反饋電壓會(huì)導(dǎo)致最大占空比。 UCC2897A 還提供 5V 參考電壓，您可以使用該參考電壓通過(guò)圖 1中的 R6 來(lái)偏置光耦合器的光電檢測(cè)器。該基準(zhǔn)電壓的最小值為 4.75V，最大值為 5.25V。公式 1 和 2 計(jì)算通過(guò)光耦合器光電檢測(cè)器所需的電流范圍，假設(shè)您使用 R6 容差為 1% 的 1kΩ 電阻器：
您的電路必須能夠在 0.25mA 至 2.78mA 的范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng) R6 電流。通過(guò)提供電阻器 R2，TL431 的陰極能夠升高到足夠高的電壓，從而消除光耦合器 LED 中的電流。因此，電路設(shè)計(jì)保證了最小的R6電流，而您只需要擔(dān)心提供最大的R6電流。
第二步是計(jì)算光耦合器的最壞情況 CTR。部件號(hào)中帶有“817”的光耦合器由眾多制造商提供，并且引腳相互兼容;每個(gè)在零件號(hào)中使用不同的前綴。表 1 顯示了具有不同 CTR 范圍的 817 設(shè)備示例，在部件號(hào)中用單字母后綴表示。此 CTR 范圍不包括溫度和偏置電流的影響。圖 2 和圖 3中重新創(chuàng)建了光耦合器數(shù)據(jù)表中的圖表，總結(jié)了溫度和偏置電流的影響。
表 1 光耦合器具有各種 CTR 范圍
假設(shè)您希望電源在 ?40°C 至 85°C 的環(huán)境下運(yùn)行。從圖 2中，您知道需要將 85°C 時(shí)的最小 CTR 乘以大約 0.7 倍。如果您選擇 817 的“A”版本，您的最低 CRT 現(xiàn)在可以低至 56%。將公式 1 的結(jié)果除以 0.56 即可得知，您可能需要至少 4.96mA 的 LED 電流，其中不包括偏置電流的影響。從圖 3中，您可以看到 4.96mA 時(shí)的偏置電流影響可以忽略不計(jì)。
圖 2光耦合器 CTR 隨溫度變化。
圖 3 光耦合器 CTR 隨偏置電流變化。
第三步也是最后一步是設(shè)置 R1 的值，以確保 TL431 在所有條件下都能充分驅(qū)動(dòng)光耦合器。 TL431的最小陰極電壓為2.5V，光耦LED的正向壓降可高達(dá)1.0V。公式 3 計(jì)算保證調(diào)節(jié)的 R1 最大值：
在此電源中使用大于 1.7kΩ 的 R1 值可能會(huì)阻止 TL431 在 LED 中驅(qū)動(dòng)足夠的電流來(lái)維持調(diào)節(jié)。如果光耦合器電流不足，輸出電壓將持續(xù)上升，直到適量的 LED 電流通過(guò)光耦合器。這會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)過(guò)壓情況，并且在較高溫度下更有可能發(fā)生。
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