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开关电源中光耦电路的多种接法与比较

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文章出处:骊微电子责任编辑:admin人气:-发表时间:2015-10-20 16:06
     光耦电路在电子电路设计中经常出现,由于接法较多,所以能够适应较多不同的情况。但与此同时,不同的光耦电路接法也为设计者的选择造成了不便,在本文当中小编将为大家介绍光耦电路里各种不同电路接法,并进行比较。

     当If小于5mA时,If的微小变化都将引起Ic与Vce的剧烈变化,光耦的输出特性曲线平缓。这时如果将光耦作为电源反馈网络的一部分,其传递函数增益非常大。对于整个系统来说,一个非常高的增益容易引起系统不稳定,所以将光耦的静态工作点设置在电流If小于5mA是不恰当的,设置为5~10mA较恰当。此外,还需要分析光耦的Ic-If曲线.
 
    在电流If小于10mA时,Ic-If基本不变,而在电流If大于10mA之后,光耦开始趋向饱和,Ic-If的值随着If的增大而减小。对于一个电源系统来说,如果环路的增益是变化的,则将可能导致不稳定,所以将静态工作点设置在If过大处(从而输出特性容易饱和),也是不合理的。需要说明的是,Ic-If曲线是随温度变化的,但是温度变化所影响的是在某一固定If值下的Ic值,对Ic-If比值基本无影响,曲线形状仍然同图3,只是温度升高,曲线整体下移,这个特性从Ic-Ta曲线中可以看出。
 
   在If大于5mA时,Ic-Ta曲线基本上是互相平行的。根据上述分析,以下针对不同的典型接法,对比其特性以及适用范围。本研究以实际的隔离半桥辅助电源及反激式电源为例说明。
 
    第1种接法中,接到电压误差放大器输出端的电压是外部电压经电阻R4降压之后得到,不受电压误差放大器电流输出能力影响,光耦的工作点选取可以通过其外接电阻随意调节。
按照前面的分析,令电流If的静态工作点值大约为10mA,对应的光耦工作温度在0~100℃变化,值在20~15mA之间。一般PWM芯片的三角波幅值大小不超过3V,由此选定电阻R4的大小为670Ω,并同时确定TL431的3脚电压的静态工作点值为12V,那么可以选定电阻R3的值为560Ω。电阻R1与R2的值容易选取,这里取为27k与4.7k。电阻R5与电容C1为PI补偿,这里取为3k与10nF。
 
    实验中,半桥辅助电源输出负载为控制板上的各类控制芯片,加上多路输出中各路的死负载,最后的实际功率大约为30w。实际测得的光耦4脚电压(此电压与芯片三角波相比较,从而决定驱动占空比)波形.
 
    驱动波形有负电压部分,是由于上、下管的驱动绕在一个驱动磁环上的缘故。可以看出,驱动信号的占空比比较大,大约为0.7。
 
    对于第2种接法,一般芯片内部的电压误差放大器,其最大电流输出能力为3mA左右,超过这个电流值,误差放大器输出的最高电压将下降。所以,该接法中如果电源稳态占空比较大,那么电流Ic比较小,其值可能仅略大于3mA,Ib为2mA左右。Ib值较小时,微小的Ib变化将引起Ic剧烈变化,光耦的增益非常大,这将导致闭环网络不容易稳定。而如果电源稳态占空比比较小,光耦的4脚电压比较小,对应电压误差放大器的输出电流较大,也就是Ic比较大(远大于3mA),则对应的Ib也比较大,当Ib值较大时,对应的光耦增益比较适中,闭环网络比较容易稳定。
 
    同样,对于上面的半桥辅助电源电路,用接法2代替接法1,闭环不稳定,用示波器观察光耦4脚电压波形,有明显的振荡。光耦的4脚输出电压(对应于UC3525的误差放大器输出脚电压),波形,可发现明显的振荡。这是由于这个半桥电源稳态占空比比较大,按接法2则光耦增益大,系统不稳定而出现振荡。
 
    实际上,第2种接法在反激电路中比较常见,这是由于反激电路一般都出于效率考虑,电路通常工作于断续模式,驱动占空比比较小,对应光耦电流Ic比较大,参考以上分析可知,闭环环路也比较容易稳定。
 
    可以看到光耦电路在开关电源中的作用主要是对信号进行反馈与隔离,开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压提供的,当输出电压低于稳压管电压是给信号光耦接通,加大占空比,使得输出电压升高;反之则关断光耦减小占空比,使得输出电压降低。旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障,就没有光耦电源提供,光耦就控制着开关电路不能起振,从而保护开关管不至被击穿烧毁。
 
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