光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　光耦在電路中的主要作用就是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)隔離，避免輸入、輸出之間發(fā)生互相干擾的情況。在不同的開關(guān)電源設(shè)計過程中，光耦的作用也是有所不同，與TL431結(jié)合使用，是開關(guān)電源業(yè)界減少控制成本最好的方法。

　　一、光耦的基本參數(shù)

　　圖 1中的光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基本的三部分組成：發(fā)光二級管、透光絕緣層、光電三極管。通過發(fā)光二極管發(fā)光，穿透絕緣層到光電轉(zhuǎn)換三極管，實現(xiàn)電流的傳輸、隔離特性。

　　圖 1

　　從圖 1可以看出，光耦的主要參數(shù)有：

　　1、電流傳輸比CTR：，發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。

　　2、絕緣耐壓(透光絕緣層)：指光耦保護相關(guān)電路及自身免受高壓導(dǎo)致的物理損壞能力。

　　3、LED的驅(qū)動電流IF：采用高效率的LED和高增益的接收放大器，可以降低驅(qū)動電流的IF，同時較小的IF電流可以降低系統(tǒng)的功耗，并且降低LED的衰減，提供系統(tǒng)長期的可靠性。

　　4、共模抑制比VCM：指在每微秒光耦能容許的最大共模電壓上升、下降率。這個參數(shù)主要在工業(yè)電機應(yīng)用中至關(guān)重要。例如電機的啟動或者制動過程中都會帶來極大的共模噪聲。

　　二、光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　光耦的特點：具有信號單向傳輸性，從而實現(xiàn)輸入端與輸出端的電氣隔離，即：輸出信號對輸入端無影響，具有抗干擾能力強、工作特性穩(wěn)定、高可靠性、傳輸效率高等優(yōu)點，通常被應(yīng)用與開關(guān)電源控制回路中。

　　光耦在開關(guān)電源中的典型應(yīng)用原理：從輸出端采樣，獲取誤差信號，然后把信號通過轉(zhuǎn)換、隔離傳輸?shù)捷斎攵薎C的PWM控制器，通過調(diào)節(jié)PWM占空比的大小，實現(xiàn)高精度穩(wěn)壓輸出。

　　圖 2

　　光耦與TL431的組合使用，構(gòu)成最簡單的開關(guān)電源控制回路(反饋回路)，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，如圖 2所示，Vs為輸出電壓Vo分壓后的提供給TL431誤差放大器反相端的采樣型號，該采樣信號Vs通過光耦二極管、TL431、電阻R1轉(zhuǎn)換為電流信號IF，然后傳輸?shù)焦怦钶敵龆?，形成誤差信號Vea，與PWM控制器的三角波Vt進行比較，得到矩形脈沖(具有一定占空比的PWM信號Vb)，然后調(diào)節(jié)功率級器件的導(dǎo)通、截止時間，達到穩(wěn)定輸出的目的。

　　三、光耦與TL431構(gòu)成的反饋環(huán)路

　　反饋環(huán)路的穩(wěn)定性對開關(guān)電源來說是非常重要的，如果沒有足夠的相位余量和增益余量，電源的動態(tài)特性就會變差或直接導(dǎo)致輸出振蕩，使產(chǎn)品損壞或者縮短使用壽命。

　　在設(shè)計開關(guān)電源控制回路時，要充分考慮反饋環(huán)路的穩(wěn)定性，使其具有負反饋特性：為了使產(chǎn)品能工作在最惡劣的情況時，仍保持穩(wěn)定，理論至少需要45°的相位余量。

　　圖 2紅框的器件要素就構(gòu)成一個具有2型補償?shù)姆答伃h(huán)路。TL431是開關(guān)電源次級反饋最常用的基準和誤差放大器件，其供電方式不同對它的傳遞函數(shù)有很大的影響。在研發(fā)設(shè)計階段，工程師一般都會借助環(huán)路測試儀器，調(diào)試環(huán)路的穩(wěn)定性，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。

　　四、光耦的選擇要點

　　光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用主要是提供初級輸入與次級輸出間的電氣隔離、與TL431組合的反饋控制環(huán)路，所以在電路設(shè)計時，必須遵循下列原則：

　　1、根據(jù)產(chǎn)品輸入、輸出間的隔離耐壓，選擇符合國內(nèi)、國際相關(guān)隔離擊穿電壓標準的光耦;

　　2、電流傳輸比(CTR)的理想范圍是50%～200%。這是因為當CTR過小時，光耦中的LED需要較大的工作電流，這會增大光耦的功耗;當CTR過大時，在電路啟動或者負載突變時，有可能影響正常輸出;

　　3、優(yōu)先選擇線性光耦，因為CTR值在一定的范圍內(nèi)，具有較好的線性調(diào)整。