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开关电源中的光耦经典电路设计分析_电压_电流

神尊大人 2025-01-17 16:50:12 0

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光耦的紧张优点是:旗子暗记单向传输,输入端与输出端完备实现了前端与负载完备的电气隔离,输出旗子暗记对输入端无影响,减小电路滋扰,简化电路设计,事情稳定,无触点,利用寿命长,传输效率高。
光耦合器是70年代发展起来的新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、旗子暗记隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远间隔旗子暗记传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节掌握端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。

光耦范例电路

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常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。
这里以TLP521为例,先容这类光耦的特性。
图2-1所示为光耦内部构造图以及引脚图。

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(图片来自网络侵删)

TLP521的原边相称于一个发光二极管,原边电流If越大,光强越强,副边三极管的电流Ic越大。
副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数,该系数随温度变革而变革,且受温度影响较大。
作反馈用的光耦正是利用“原边电流变革将导致副边电流变革”来实现反馈,因此在环境温度变革剧烈的场合,由于放大系数的温漂比较大,应只管即便不通过光耦实现反馈。
此外,利用这类光耦必须把稳设计外围参数,使其事情在比较宽的线性带内,否则电路对运行参数的敏感度太强,不利于电路的稳定事情。

常日选择TL431结合TLP521进行反馈。
这时,TL431的事情事理相称于一个内部基准为2.5 V的电压偏差放大器(输出的电压进行偏差放大比较,然后将取样电压经由光电偶合器反馈掌握脉宽占空比,达到稳定电压的目的),以是在其1脚与3脚之间,要接补偿网络。

TL431是由德州仪器生产的可控精密稳压源,实物如图2-3所示。
它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。
该器件的范例动态阻抗为0.2Ω,在很多运用中用它代替稳压二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,开关电源等。
图2-2所示为TL431引脚排列与利用连线图。

常见的光耦反馈第1种接法。
Vo为输出电压,Vd为芯片的供电电压。
com旗子暗记接芯片的偏差放大器输出脚。
把稳左边的地为输出电压地,右边的地为芯片供电电压地,两者之间用光耦隔离。
图2-3所示接法的事情事理如下:当输出电压升高时,TL431的1脚(相称于电压偏差放大器的反向输入端)电压上升,3脚(相称于电压偏差放大器的输出脚) 电压低落,光耦TLP521的原边电流If增大,光耦的另一端输出电流Ic增大,电阻R4上的电压降增大,com引脚电压低落,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压降落时,调节过程类似。

高于反相端电位的形式,利用运放的一种特性—当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时,运放的输出电压值将低落,输出电流越大,输出电压低落越多。
因此,采取这种接法的电路,一定要把PWM(脉冲宽度调制)芯片的偏差放大器的两个输入引脚接到固定电位上,且必须是同向端电位高于反向端电位,使偏差放大器初始输出电压为高。

图2-3所示接法的事情事理是:当输出电压升高时,原边电流If增大,输出电流Ic增大,由于Ic已经超过了电压偏差放大器的电流输出能力,com脚电压低落,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压低落时,调节过程类似。

常见的第3种接法,如图2-4所示。
与第一种基本相似,不同之处在于多了一个电阻R6,该电阻的浸染是对TL431额外注入一个电流,避免TL431因注入电流过小而不能正常事情。
实际上如适当选取电阻值R3,电阻R6可以省略。
调节过程基本上同1接法同等。

常见的第4种接法,如图2-4所示。
该接法与第2种接法类似,差异在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4,其浸染与第3种接法中的R6同等,其事情事理基本同接法2。

反馈办法1、3适用于任何占空比(接通韶光与周期之比)情形,而反馈办法2、4比较适宜于在占空比比较小的场合利用。

小结

开关电源的光耦紧张是隔离、供应反馈旗子暗记和开关浸染。
开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压供应的,当输出电压低于稳压管电压是给旗子暗记光耦接通,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,使得输出电压降落。
旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障,就没有光耦电源供应,光耦就掌握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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