开关电源@@中光耦@@隔离@@的@@典型接法@@

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在@@一般@@的@@隔离电源中@@,光耦@@隔离@@反馈是一种简单@@、低成本的@@方式@@。但对@@于光耦@@反馈的@@各种连接方式及其区别@@,目前尚未见到比较深入的@@研究@@。而且在@@很多场合下@@,由于对@@光耦@@的@@@@工作原理理解不够深入@@,光耦@@接法混乱@@,往往导致电路不能正常工作@@。本研究将详细分析光耦@@工作原理@@,并针对@@光耦@@反馈的@@几种典型接法加以对@@比研究@@。

1、典型接法及其工作原理@@

常用于反馈的@@光耦@@型号有@@TLP521、PC817等@@。这里以@@TLP521为@@例@@,介绍这类光耦@@的@@@@特性@@。

TLP521的@@原边相当@@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@@,该系数随温度变化@@而变化@@@@,且受温度影响较大@@。作反馈用的@@光耦@@正是利用@@“原边电流@@变化@@将导致副边电流变化@@@@”来实现反馈@@,因此@@在@@环境温度变化@@剧烈的@@场合@@,由于放大系数的@@温漂比较大@@@@,应尽量不通过光耦@@实现反馈@@。此外@@,使用这类光耦@@必须注意设计外围参数@@,使其工作在@@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@@稳定工作@@。

通常选择@@TL431结合@@TLP521进行反馈@@。这时@@@@,TL431的@@工作原理相当@@于一个内部基准为@@@@2.5V的@@电压误差放大器@@,所以@@在@@其@@1脚@@与@@@@3脚@@之间@@@@,要接补偿@@网@@络@@。常见的@@光耦@@反馈第@@@@1种接法@@,如@@图@@@@1所示@@。图@@中@@,Vo为@@输出电压@@,Vd为@@芯片@@的@@供电电压@@。com信号接芯片@@的@@误差放大器输出脚@@@@,或者把@@PWM芯片@@(如@@UC3525)的@@内部电压误差放大器接成同相放大器形式@@,com信号则接到其对@@应的@@同相端引脚@@@@。注意左边的@@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@@1所示@@接法的@@工作原理如@@下@@:当@@输出电压升高时@@@@,TL431的@@1脚@@(相当@@于电压误差放大器的@@反向输入端@@)电压上升@@,3脚@@(相当@@于电压误差放大器的@@输出脚@@@@)电压下降@@,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@@下降@@@@,占空比减小@@,输出电压减小@@;反之@@,当@@输出电压降低时@@@@,调节过程类似@@。

常见的@@第@@@@2种接法@@,如@@图@@@@2所示@@。与@@第@@@@1种接法@@不同的@@是@@,该接法中@@光耦@@的@@@@第@@@@4脚@@直接接到芯片@@的@@误差放大器输出端@@,而芯片@@内部的@@电压误差放大器@@必须接成同相端电位高于反相端电位的@@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@@将下降@@,输出电流越大@@@@,输出电压下降@@越多@@。因此@@,采用这种接法@@的@@电路@@,一定要把@@PWM芯片@@的@@误差放大器的@@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@@,使误差放大器初始输出电压为@@高@@。

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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@@@@7,只是温度升高@@,曲线@@整体下移@@,这个特性从@@Ic-Ta曲线@@(如@@图@@@@8所示@@)中可以看出@@@@。

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由图@@@@8可以看出@@,在@@If大于@@5mA时@@,Ic-Ta曲线@@基本上是互相平行的@@@@。

2.典型接法分析@@

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@@,如@@图@@@@9所示@@。对@@应的@@驱动信号波形@@@@,如@@图@@@@10所示@@。

图@@10的@@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。

驱动波形@@@@

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,对@@应图@@@@7,Ib为@@2mA左右@@。由图@@@@6可知@@,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@@@@,同样@@对@@应于@@图@@@@6,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@@如@@图@@@@@@11所示@@,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@@@@。

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@@。

以下是另外一个实验反激电路@@@@,工作在@@断续模式@@,实际测得其光耦@@@@4脚@@电压@@波形@@@@,如@@图@@@@12所示@@。实际测得的@@驱动信号波形@@@@,如@@图@@@@13所示@@,占空比约为@@@@0.2。

反激电路@@

因此@@,在@@光耦@@反馈设计中@@,除了要根据光耦@@的@@@@特性参数来设置其外围参数外@@,还应该知道@@,不同占空比下对@@反馈方式@@的@@选取也是有限制的@@@@。反馈方式@@1、3适用于任何占空比情况@@,而反馈方式@@@@2、4比较适合于在@@占空比比较小@@的@@场合使用@@。

3.结束语@@

本研究列举了@@4种典型光耦@@反馈接法@@,分析了各种接法@@下光耦@@反馈的@@原理以及各种限制因素@@,对@@比了各种接法@@的@@不同点@@。通过实际半桥和反激电路@@测试@@,验证了电路工作的@@占空比对@@反馈方式@@选取的@@限制@@。最后对@@光耦@@反馈进行总结@@,对@@今后的@@光耦@@反馈设计具有一定的@@参考价值@@@@。

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