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[導讀]光耦(opticalcoupler)亦稱光電隔離器、光耦合器或光電耦合器。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線發(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發(fā)光二極管發(fā)出光線,光敏三極管接受光線之后就產生光電流,從輸出端流出,從而...

光耦(opticalcoupler)亦稱光電隔離器、光耦合器或光電耦合器。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線發(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發(fā)光二極管發(fā)出光線,光敏三極管接受光線之后就產生光電流,從輸出端流出,從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉換。典型應用電路如下圖1-1所示。


光耦的主要優(yōu)點是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了前端與負載完全的電氣隔離,輸出信號對輸入端無影響,減小電路干擾,簡化電路設計,工作穩(wěn)定,無觸點,使用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來的新型器件,現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中,利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路,通過調節(jié)控制端電流來改變占空比,達到精密穩(wěn)壓目的。






光耦典型電路


常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例,介紹這類光耦的特性。圖2-1所示為光耦內部結構圖以及引腳圖。?


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。作反饋用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現(xiàn)反饋,因此在環(huán)境溫度變化劇烈的場合,由于放大系數(shù)的溫漂比較大,應盡量不通過光耦實現(xiàn)反饋。此外,使用這類光耦必須注意設計外圍參數(shù),使其工作在比較寬的線性帶內,否則電路對運行參數(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進行反饋。這時,TL431的工作原理相當于一個內部基準為2.5 V的電壓誤差放大器(輸出的電壓進行誤差放大比較,然后將取樣電壓經過光電偶合器反饋控制脈寬占空比,達到穩(wěn)定電壓的目的),所以在其1腳與3腳之間,要接補償網絡。



TL431是由德州儀器生產的可控精密穩(wěn)壓源,實物如圖2-3所示。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從2.5V到36V范圍內的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應用中用它代替穩(wěn)壓二極管,例如,數(shù)字電壓表,運放電路,可調壓電源,開關電源等。圖2-2所示為TL431引腳排列與使用連線圖。



常見的光耦反饋第1種接法。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。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2-3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,調節(jié)過程類似。



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(超過運放電流輸出能力)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,一定要把PWM(脈沖寬度調制)芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上,且必須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2-3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已經超過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?。环粗?,當輸出電壓下降時,調節(jié)過程類似。?


常見的第3種接法,如圖2-4所示。與第一種基本相似,不同之處在于多了一個電阻R6,該電阻的作用是對TL431額外注入一個電流,避免TL431因注入電流過小而不能正常工作。實際上如適當選取電阻值R3,電阻R6可以省略。調節(jié)過程基本上同1接法一致。?


常見的第4種接法,如圖2-4所示。該接法與第2種接法類似,區(qū)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,其工作原理基本同接法2。



反饋方式1、3適用于任何占空比(接通時間與周期之比)情況,而反饋方式2、4比較適合于在占空比比較小的場合使用。





小結


開關電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號和開關作用。開關電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級電壓提供的,當輸出電壓低于穩(wěn)壓管電壓是給信號光耦接通,加大占空比,使得輸出電壓升高;反之則關斷光耦減小占空比,使得輸出電壓降低。旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有故障,就沒有光耦電源提供,光耦就控制著開關電路不能起振,從而保護開關管不至被擊穿燒毀。


END
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