【導(dǎo)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(hào)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(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出光線,光敏三極管接受光線之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。
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(hào)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(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出光線,光敏三極管接受光線之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。典型應(yīng)用電路如下圖1-1所示。
光耦的主要優(yōu)點(diǎn)是:信號(hào)單向傳輸,輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了前端與負(fù)載完全的電氣隔離,輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響,減小電路干擾,簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),工作穩(wěn)定,無觸點(diǎn),使用壽命長(zhǎng),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(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中,利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路,通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比,達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。
光耦典型電路
常用于反饋的光耦型號(hào)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖以及引腳圖。
TLP521的原邊相當(dāng)于一個(gè)發(fā)光二極管,原邊電流If越大,光強(qiáng)越強(qiáng),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(dǎo)致副邊電流變化”來實(shí)現(xiàn)反饋,因此在環(huán)境溫度變化劇烈的場(chǎng)合,由于放大系數(shù)的溫漂比較大,應(yīng)盡量不通過光耦實(shí)現(xiàn)反饋。此外,使用這類光耦必須注意設(shè)計(jì)外圍參數(shù),使其工作在比較寬的線性帶內(nèi),否則電路對(duì)運(yùn)行參數(shù)的敏感度太強(qiáng),不利于電路的穩(wěn)定工作。
通常選擇TL431結(jié)合TLP521進(jìn)行反饋。這時(shí),TL431的工作原理相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)為2.5 V的電壓誤差放大器(輸出的電壓進(jìn)行誤差放大比較,然后將取樣電壓經(jīng)過光電偶合器反饋控制脈寬占空比,達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的),所以在其1腳與3腳之間,要接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
TL431是由德州儀器生產(chǎn)的可控精密穩(wěn)壓源,實(shí)物如圖2-3所示。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω,在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管,例如,數(shù)字電壓表,運(yùn)放電路,可調(diào)壓電源,開關(guān)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(hào)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(dāng)輸出電壓升高時(shí),TL431的1腳(相當(dāng)于電壓誤差放大器的反向輸入端)電壓上升,3腳(相當(dāng)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(dāng)輸出電壓降低時(shí),調(diào)節(jié)過程類似。
高于反相端電位的形式,利用運(yùn)放的一種特性—當(dāng)運(yùn)放輸出電流過大(超過運(yùn)放電流輸出能力)時(shí),運(yùn)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(diào)制)芯片的誤差放大器的兩個(gè)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(dāng)輸出電壓升高時(shí),原邊電流If增大,輸出電流Ic增大,由于Ic已經(jīng)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??;反之,當(dāng)輸出電壓下降時(shí),調(diào)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(gè)電阻R6,該電阻的作用是對(duì)TL431額外注入一個(gè)電流,避免TL431因注入電流過小而不能正常工作。實(shí)際上如適當(dāng)選取電阻值R3,電阻R6可以省略。調(diào)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(gè)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(shí)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(chǎng)合使用?!?/div>
小結(jié)
開關(guān)電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號(hào)和開關(guān)作用。開關(guān)電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級(jí)電壓提供的,當(dāng)輸出電壓低于穩(wěn)壓管電壓是給信號(hào)光耦接通,加大占空比,使得輸出電壓升高;反之則關(guān)斷光耦減小占空比,使得輸出電壓降低。旦高頻變壓器次級(jí)負(fù)載超載或開關(guān)電路有故障,就沒有光耦電源提供,光耦就控制著開關(guān)電路不能起振,從而保護(hù)開關(guān)管不至被擊穿燒毀。
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