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@@。
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@@@@。
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。
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@@@@。
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。
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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