光电耦合器在开关电源中的功能及应用示意图

电路中光耦合器的主要功能是实现光电转换和隔离,以避免输入和输出之间的相互干扰。在不同的开关电源设计过程中,光耦合器的作用也不同。 与TL431组合使用时,这是降低开关电源行业控制成本的最佳方法。

1。 光耦基本参数

图1中的光耦合器的内部结构由三个基本部分组成:发光二极管,透光绝缘层和光电晶体管。光由发光二极管发射,穿过绝缘层到达光电转换晶体管,并实现电流传输和隔离特性。

图1光耦合器的内部组成

从图1可以看出,光耦合器的主要参数是:

1。 电流传输率CTR:CTR = I_O / I_F×100%,这是发光管电流与光电晶体管电流之比的最小值。

2。 绝缘耐电压(透光绝缘层):是指光电耦合器保护相关电路及其自身免受高压引起的物理损坏的能力。

3。 LED驱动电流IF:使用高效LED和高增益接收器放大器可以减小驱动电流IF。 同时,较小的IF电流可以减少系统的功耗并减少LED的衰减,从而提供长期的系统可靠性。

4。 共模抑制比VCM:指光耦合器每微秒的最大允许共模电压上升和下降速率。该参数在工业电机应用中主要重要。例如,当电动机启动或制动时,会带来很多共模噪声。

二,光耦在开关电源中的应用

光耦合器的特点:它具有单向信号传输,实现了输入端和输出端的电隔离,即输出信号对输入端无影响,具有光耦强的优点。 抗干扰能力强。 能力强,工作特性稳定,可靠性高,传输效率高。,通常用于开关电源控制回路。

光电耦合器在开关电源中的典型应用原理是:从输出端子采样以获取误差信号,然后将信号传输并隔离到输入端子IC的PWM控制器,并调节PWM占空比以实现高输出。 准确稳定的压力输出。

图2光耦合器在开关电源中的典型应用

光耦和TL431的结合形成了最简单的开关电源控制环路(反馈环路),以实现稳定的输出。 如图1所示。 在图2中,Vs是在对输出电压Vo进行分压之后提供给TL431误差放大器的反相端子的样本。 采样信号Vs通过光耦合二极管TL431和电阻R1转换成电流信号IF,然后传输到光耦合器的输出端以形成误差信号Vea,将其与PWM控制器的三角波Vt进行比较,以获得矩形脉冲(具有一定阈值的PWM信号Vb),然后调节开/关时间该功率级装置达到稳定的目的。

3。 反馈回路由光耦和TL431组成

反馈回路的稳定性对于开关电源非常重要。 如果相位裕度和增益裕度不足,电源的动态特性可能会恶化或直接导致输出振荡,从而损坏产品或缩短使用寿命。

设计开关电源控制环路时,必须充分考虑反馈环路的稳定性以使其具有负反馈特性:为了使产品在最恶劣的条件下工作并保持稳定性,理论上至少有45°的相位裕度 需要。

图2中红色框中的设备元素形成了具有类型2补偿的反馈环路。TL431是最常用的参考和误差放大器器件,用于开关电源的次级反馈。 其不同的供电方式对其传递函数有很大的影响。在研发和设计阶段,工程师通常使用回路测试仪来调试回路稳定性,缩短产品开发周期并提高产品稳定性和可靠性。

四,光耦的选择要点

光耦合器在开关电源中的应用主要是为了在主输入和辅助输出之间以及与TL431相结合的反馈控制环路之间提供电气隔离,因此电路设计必须遵循以下原则:

1。 根据产品输入输出之间的绝缘耐压,选择符合国内外相关绝缘击穿电压标准的光耦;

2。 电流传输率(CTR)的理想范围是50%至200%。这是因为,当CTR太小时,光耦合器中的LED需要较大的工作电流,这会增加光耦合器的功耗。 点击率过大时,可能会在电路启动或负载突然变化时影响正常输出;

3。 线性光电耦合器是首选,因为CTR值在一定范围内并且具有更好的线性调整能力。