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，光耦隔離反應是一種簡樸、低本金的方式。但對于光耦反應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，往往導致電路不能正常工作。本研究將細致分析光耦工作原理，并針對光耦反應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。作反應用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現(xiàn)反應，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，應盡量不通過光耦實現(xiàn)反應。此外，使用這類光耦務必留神設計外圍參數(shù)，使其工作在對比寬的線性帶內，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結合TLP521舉行反應。這時，TL431的工作原理相當于一個內部基準為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。

常見的光耦反應第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：當輸出電壓升高時，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(相當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??；

反之，當輸出電壓降低時，調理過程類似。

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，而芯片內部的電壓誤差放大器務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，輸出電壓減小；

反之，當輸出電壓下降時，調理過程類似。

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。這時假設將光耦作為電源反應網(wǎng)絡的一片面，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)工作點設置在電流If小于5mA是不恰當?shù)?，設置為5～10mA較恰當。

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，假設環(huán)路的增益是變化的，那么將可能導致不穩(wěn)定，所以將靜態(tài)工作點設置在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載，結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，從而抉擇驅動占空比)波形，如圖9所示。對應的驅動信號波形，如圖10所示。

圖10的驅動波形有負電壓片面，是由于上、下管的驅動繞在一個驅動磁環(huán)上的起因?？梢钥闯觯寗有盘柕恼伎毡葘Ρ却?，大約為0.7。

對于第2種接法，一般芯片內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，這將導致閉環(huán)網(wǎng)絡不輕易穩(wěn)定。而假設電源穩(wěn)態(tài)占空比對比小，光耦的4腳電壓對比小，對應電壓誤差放大器的輸出電流較大，也就是Ic對比大(遠大于3mA)，那么對應的Ib也對比大，同樣對應于圖6，當Ib值較大時，對應的光耦增益對比適中，閉環(huán)網(wǎng)絡對比輕易穩(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，驅動占空比對比小，對應光耦電流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。實際測得的驅動信號波形，如圖13所示，占空比約為0.2。

因此，在光耦反應設計中，除了要根據(jù)光耦的特性參數(shù)來設置其外圍參數(shù)外，還理應知道，不同占空比下對反應方式的選取也是有限制的。反應方式1、3適用于任何占空比處境，而反應方式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種典型光耦反應接法，分析了各種接法下光耦反應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方式選取的限制。結果對光耦反應舉行總結，對今后的光耦反應設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轉換速率高達10MBit/s;②擺率高達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負載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應用：高速數(shù)字開關，馬達操縱系統(tǒng)和A/D轉換等6N137光耦合器的內部布局、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有—個0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時，應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轉換速率高達10MBit/s;②擺率高達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負載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應用：高速數(shù)字開關，馬達操縱系統(tǒng)和A/D轉換等6N137光耦合器的內部布局、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有—個0.1uF的去耦電容。在選擇電