光耦在開(kāi)關(guān)電源中的應用

　　光耦在電路中的主要作用就是實(shí)現光電轉換、實(shí)現隔離，避免輸入、輸出之間發(fā)生互相干擾的情況。在不同的開(kāi)關(guān)電源設計過(guò)程中，光耦的作用也是有所不同，與TL431結合使用，是開(kāi)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

　　圖 1中的光耦內部結構由基本的三部分組成：發(fā)光二級管、透光絕緣層、光電三極管。通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)光，穿透絕緣層到光電轉換三極管，實(shí)現電流的傳輸、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)：指光耦保護相關(guān)電路及自身免受高壓導致的物理?yè)p壞能力。

　　3、LED的驅動(dòng)電流IF：采用高效率的LED和高增益的接收放大器，可以降低驅動(dòng)電流的IF，同時(shí)較小的IF電流可以降低系統的功耗，并且降低LED的衰減，提供系統長(cháng)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)參數主要在工業(yè)電機應用中至關(guān)重要。例如電機的啟動(dòng)或者制動(dòng)過(guò)程中都會(huì )帶來(lái)極大的共模噪聲。

　　二、光耦在開(kāi)關(guān)電源中的應用

　　光耦的特點(diǎn)：具有信號單向傳輸性，從而實(shí)現輸入端與輸出端的電氣隔離，即：輸出信號對輸入端無(wú)影響，具有抗干擾能力強、工作特性穩定、高可靠性、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，通常被應用與開(kāi)關(guān)電源控制回路中。

　　光耦在開(kāi)關(guān)電源中的典型應用原理：從輸出端采樣，獲取誤差信號，然后把信號通過(guò)轉換、隔離傳輸到輸入端IC的PWM控制器，通過(guò)調節PWM占空比的大小，實(shí)現高精度穩壓輸出。

　　圖 2

　　光耦與TL431的組合使用，構成最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源控制回路(反饋回路)，實(shí)現穩壓輸出，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，該采樣信號Vs通過(guò)光耦二極管、TL431、電阻R1轉換為電流信號IF，然后傳輸到光耦輸出端，形成誤差信號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Vb)，然后調節功率級器件的導通、截止時(shí)間，達到穩定輸出的目的。

　　三、光耦與TL431構成的反饋環(huán)路

　　反饋環(huán)路的穩定性對開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是非常重要的，如果沒(méi)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 )變差或直接導致輸出振蕩，使產(chǎn)品損壞或者縮短使用壽命。

　　在設計開(kāi)關(guān)電源控制回路時(shí)，要充分考慮反饋環(huán)路的穩定性，使其具有負反饋特性：為了使產(chǎn)品能工作在最?lèi)毫拥那闆r時(shí)，仍保持穩定，理論至少需要45°的相位余量。

　　圖 2紅框的器件要素就構成一個(gè)具有2型補償的反饋環(huán)路。TL431是開(kāi)關(guān)電源次級反饋最常用的基準和誤差放大器件，其供電方式不同對它的傳遞函數有很大的影響。在研發(fā)設計階段，工程師一般都會(huì )借助環(huán)路測試儀器，調試環(huán)路的穩定性，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩定性、可靠性。

　　四、光耦的選擇要點(diǎn)

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

　　1、根據產(chǎn)品輸入、輸出間的隔離耐壓，選擇符合國內、國際相關(guān)隔離擊穿電壓標準的光耦;

　　2、電流傳輸比(CTR)的理想范圍是50%～200%。這是因為當CTR過(guò)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CTR過(guò)大時(shí)，在電路啟動(dòng)或者負載突變時(shí)，有可能影響正常輸出;

　　3、優(yōu)先選擇線(xiàn)性光耦，因為CTR值在一定的范圍內，具有較好的線(xiàn)性調整。