光耦原理
光耦合器(opticalcoupler,英文縮寫(xiě)為OC)亦稱(chēng)光電隔離器或光電耦合器,簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線(xiàn)發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線(xiàn),受光器接受光線(xiàn)之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實(shí)現了“電—光—電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器,由于它具有體積小、壽命長(cháng)、無(wú)觸點(diǎn),抗干擾能力強,輸出和輸入之間絕緣,單向傳輸信號等優(yōu)點(diǎn),在數字電路上獲得廣泛的應用。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/175449.htm在一些實(shí)驗室或高要求場(chǎng)合,為了實(shí)驗人員的安全,一般將實(shí)驗的輸入電源采用1:1的工頻變壓器與市電進(jìn)行隔離,這樣一來(lái),實(shí)驗室實(shí)驗人員無(wú)論碰到線(xiàn)路的哪一根線(xiàn)都不會(huì )有觸電的危險,因為隔離電源與大地是沒(méi)有連接的。在工業(yè)控制設備中,有時(shí)候要求兩個(gè)系統之間的電源地線(xiàn)隔離,如隔離地線(xiàn)噪聲、隔離高共模電壓等,采用帶變壓器的直流變換器,將兩個(gè)電源之間隔開(kāi),使他們相互獨立。
在一般的隔離電源中,光耦隔離反饋是一種簡(jiǎn)單、低成本的方式。但對于光耦反饋的各種連接方式及其區別,目前尚未見(jiàn)到比較深入的研究。而且在很多場(chǎng)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。
1 常見(jiàn)的幾種連接方式及其工作原理
光電耦合器具有體積小、使用壽命長(cháng)、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強。無(wú)觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn),因而在各種電子設備上得到廣泛的應用。光電耦合器可用于隔離電路、負載接口及各種家用電器等電路中。
常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例,介紹這類(lèi)光耦的特性。
TLP521的原邊相當于一個(gè)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(chēng)為光耦的電流放大系數,該系數隨溫度變化而變化,且受溫度影響較大。
通常選擇TL431結合TLP521進(jìn)行反饋。這時(shí),TL431的工作原理相當于一個(gè)內部基準為2.5 V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(jiàn)的光耦反饋第1種接法,如圖1所示。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。
圖1所示接法的工作原理如下:當輸出電壓升高時(shí),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(shí),調節過(guò)程類(lèi)似。
常見(jiàn)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(guò)大(超過(guò)運放電流輸出能力)時(shí),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。

圖2所示接法的工作原理是:當輸出電壓升高時(shí),原邊電流If增大,輸出電流Ic增大,由于Ic已經(jīng)超過(guò)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,輸出電壓減小;反之,當輸出電壓下降時(shí),調節過(guò)程類(lèi)似。
常見(jiàn)的第3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(gè)電阻R6,該電阻的作用是對TL431額外注入一個(gè)電流,避免TL431因注入電流過(guò)小而不能正常工作。
常見(jiàn)的第4種接法,如圖4所示。該接法與第2種接法類(lèi)似,區別在于com端與光耦第4腳之間多接了一個(gè)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。

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