[电工&电子] 在开关电源中如何设计光耦隔离?先解读一下光耦连接方式...

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查看58843 | 回复0 | 2024-11-5 09:03:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
1、常见的几种连接方式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。
TL431是三端可编程并联稳压二极管开关电源中光耦的作用




如下图: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。开关电源中光耦的作用常见的第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。

图2所示接法的工作原理是:

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已经超过了电压误差放大器的电流输出能力,com脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压下降时,调节过程类似。



常见的第3种接法,如图3所示。与图1基本相似,不同之处在于图3中多了一个电阻R6,该电阻的作用是对TL431额外注入一个电流,避免TL431因注入电流过小而不能正常工作。
实际上如适当选取电阻值R3,电阻R6可以省略。调节过程基本上同图1接法一致。
常见的第4种接法,如图4所示。该接法与第2种接法类似,区别在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4,其作用与第3种接法中的R6一致,其工作原理基本同接法2。


总结:
开关电源的光耦主要是隔离、提供反馈信号和开关作用。
开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压提供的,当输出电压低于稳压管电压是给信号光耦接 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,使得输出电压降低。旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障,就没有光耦电源提供,光耦 就控制着开关电路不能起振,从而保护开关管不至被击穿烧毁。通常光耦与TL431一起使用。


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