光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用

光耦在電路中的主要作用就是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)隔離，避免輸入、輸出之間發(fā)生互相干擾的情況。在不同的開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中，光耦的作用也是有所不同，與TL431結(jié)合使用，是開關(guān)電源業(yè)界減少控制成本最好的方法。

一、光耦的基本參數(shù)

圖 1中的光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基本的三部分組成：發(fā)光二級(jí)管、透光絕緣層、光電三極管。通過發(fā)光二極管發(fā)光，穿透絕緣層到光電轉(zhuǎn)換三極管，實(shí)現(xiàn)電流的傳輸、隔離特性。

圖 1

從圖 1可以看出，光耦的主要參數(shù)有：

1、 電流傳輸比CTR：，發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。

2、 絕緣耐壓(透光絕緣層)：指光耦保護(hù)相關(guān)電路及自身免受高壓導(dǎo)致的物理損壞能力。

3、 LED的驅(qū)動(dòng)電流IF：采用高效率的LED和高增益的接收放大器，可以降低驅(qū)動(dòng)電流的IF，同時(shí)較小的IF電流可以降低系統(tǒng)的功耗，并且降低LED的衰減，提供系統(tǒng)長(zhǎng)期的可靠性。

4、 共模抑制比VCM：指在每微秒光耦能容許的最大共模電壓上升、下降率。這個(gè)參數(shù)主要在工業(yè)電機(jī)應(yīng)用中至關(guān)重要。例如電機(jī)的啟動(dòng)或者制動(dòng)過程中都會(huì)帶來極大的共模噪聲。

二、光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用

光耦的特點(diǎn)：具有信號(hào)單向傳輸性，從而實(shí)現(xiàn)輸入端與輸出端的電氣隔離，即：輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作特性穩(wěn)定、高可靠性、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，通常被應(yīng)用與開關(guān)電源控制回路中。

光耦在開關(guān)電源中的典型應(yīng)用原理：從輸出端采樣，獲取誤差信號(hào)，然后把信號(hào)通過轉(zhuǎn)換、隔離傳輸?shù)捷斎攵薎C的PWM控制器，通過調(diào)節(jié)PWM占空比的大小，實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)壓輸出。

圖 2

光耦與TL431的組合使用，構(gòu)成最簡(jiǎn)單的開關(guān)電源控制回路(反饋回路)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，如圖 2所示，Vs為輸出電壓Vo分壓后的提供給TL431誤差放大器反相端的采樣型號(hào)，該采樣信號(hào)Vs通過光耦二極管、TL431、電阻R1轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)IF，然后傳輸?shù)焦怦钶敵龆?，形成誤差信號(hào)Vea，與PWM控制器的三角波Vt進(jìn)行比較，得到矩形脈沖(具有一定占空比的PWM信號(hào)Vb)，然后調(diào)節(jié)功率級(jí)器件的導(dǎo)通、截止時(shí)間，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。

三、光耦與TL431構(gòu)成的反饋環(huán)路

反饋環(huán)路的穩(wěn)定性對(duì)開關(guān)電源來說是非常重要的，如果沒有足夠的相位余量和增益余量，電源的動(dòng)態(tài)特性就會(huì)變差或直接導(dǎo)致輸出振蕩，使產(chǎn)品損壞或者縮短使用壽命。

在設(shè)計(jì)開關(guān)電源控制回路時(shí)，要充分考慮反饋環(huán)路的穩(wěn)定性，使其具有負(fù)反饋特性：為了使產(chǎn)品能工作在最惡劣的情況時(shí)，仍保持穩(wěn)定，理論至少需要45°的相位余量。

圖 2紅框的器件要素就構(gòu)成一個(gè)具有2型補(bǔ)償?shù)姆答伃h(huán)路。TL431是開關(guān)電源次級(jí)反饋?zhàn)畛Ｓ玫幕鶞?zhǔn)和誤差放大器件，其供電方式不同對(duì)它的傳遞函數(shù)有很大的影響。在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，工程師一般都會(huì)借助環(huán)路測(cè)試儀器，調(diào)試環(huán)路的穩(wěn)定性，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。

四、光耦的選擇要點(diǎn)

光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用主要是提供初級(jí)輸入與次級(jí)輸出間的電氣隔離、與TL431組合的反饋控制環(huán)路，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循下列原則：

1、 根據(jù)產(chǎn)品輸入、輸出間的隔離耐壓，選擇符合國內(nèi)、國際相關(guān)隔離擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)的光耦;

2、 電流傳輸比(CTR)的理想范圍是50%～200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR過小時(shí)，光耦中的LED需要較大的工作電流，這會(huì)增大光耦的功耗;當(dāng)CTR過大時(shí)，在電路啟動(dòng)或者負(fù)載突變時(shí)，有可能影響正常輸出;

3、 優(yōu)先選擇線性光耦，因?yàn)镃TR值在一定的范圍內(nèi)，具有較好的線性調(diào)整。