開關(guān)電源中光耦電路的多種接法與比較
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光耦電路在電子電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn),由于接法較多,所以能夠適應(yīng)較多不同的情況。但與此同時(shí),不同的光耦電路接法也為設(shè)計(jì)者的選擇造成了不便,在本文當(dāng)中小編將為大家介紹光耦電路里各種不同電路接法,并進(jìn)行比較。
當(dāng)If小于5mA時(shí),If的微小變化都將引起Ic與Vce的劇烈變化,光耦的輸出特性曲線平緩。這時(shí)如果將光耦作為電源反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分,其傳遞函數(shù)增益非常大。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說,一個(gè)非常高的增益容易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定,所以將光耦的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在電流If小于5mA是不恰當(dāng)?shù),設(shè)置為5~10mA較恰當(dāng)。此外,還需要分析光耦的Ic-If曲線.
在電流If小于10mA時(shí),Ic-If基本不變,而在電流If大于10mA之后,光耦開始趨向飽和,Ic-If的值隨著If的增大而減小。對(duì)于一個(gè)電源系統(tǒng)來說,如果環(huán)路的增益是變化的,則將可能導(dǎo)致不穩(wěn)定,所以將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在If過大處(從而輸出特性容易飽和),也是不合理的。需要說明的是,Ic-If曲線是隨溫度變化的,但是溫度變化所影響的是在某一固定If值下的Ic值,對(duì)Ic-If比值基本無影響,曲線形狀仍然同圖3,只是溫度升高,曲線整體下移,這個(gè)特性從Ic-Ta曲線中可以看出。
在If大于5mA時(shí),Ic-Ta曲線基本上是互相平行的。根據(jù)上述分析,以下針對(duì)不同的典型接法,對(duì)比其特性以及適用范圍。本研究以實(shí)際的隔離半橋輔助電源及反激式電源為例說明。
第1種接法中,接到電壓誤差放大器輸出端的電壓是外部電壓經(jīng)電阻R4降壓之后得到,不受電壓誤差放大器電流輸出能力影響,光耦的工作點(diǎn)選取可以通過其外接電阻隨意調(diào)節(jié)。
按照前面的分析,令電流If的靜態(tài)工作點(diǎn)值大約為10mA,對(duì)應(yīng)的光耦工作溫度在0~100℃變化,值在20~15mA之間。一般PWM芯片的三角波幅值大小不超過3V,由此選定電阻R4的大小為670Ω,并同時(shí)確定TL431的3腳電壓的靜態(tài)工作點(diǎn)值為12V,那么可以選定電阻R3的值為560Ω。電阻R1與R2的值容易選取,這里取為27k與4.7k。電阻R5與電容C1為PI補(bǔ)償,這里取為3k與10nF。
實(shí)驗(yàn)中,半橋輔助電源輸出負(fù)載為控制板上的各類控制芯片,加上多路輸出中各路的死負(fù)載,最后的實(shí)際功率大約為30w。實(shí)際測(cè)得的光耦4腳電壓(此電壓與芯片三角波相比較,從而決定驅(qū)動(dòng)占空比)波形.
驅(qū)動(dòng)波形有負(fù)電壓部分,是由于上、下管的驅(qū)動(dòng)繞在一個(gè)驅(qū)動(dòng)磁環(huán)上的緣故。可以看出,驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比比較大,大約為0.7。
對(duì)于第2種接法,一般芯片內(nèi)部的電壓誤差放大器,其最大電流輸出能力為3mA左右,超過這個(gè)電流值,誤差放大器輸出的最高電壓將下降。所以,該接法中如果電源穩(wěn)態(tài)占空比較大,那么電流Ic比較小,其值可能僅略大于3mA,Ib為2mA左右。Ib值較小時(shí),微小的Ib變化將引起Ic劇烈變化,光耦的增益非常大,這將導(dǎo)致閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)不容易穩(wěn)定。而如果電源穩(wěn)態(tài)占空比比較小,光耦的4腳電壓比較小,對(duì)應(yīng)電壓誤差放大器的輸出電流較大,也就是Ic比較大(遠(yuǎn)大于3mA),則對(duì)應(yīng)的Ib也比較大,當(dāng)Ib值較大時(shí),對(duì)應(yīng)的光耦增益比較適中,閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)比較容易穩(wěn)定。
同樣,對(duì)于上面的半橋輔助電源電路,用接法2代替接法1,閉環(huán)不穩(wěn)定,用示波器觀察光耦4腳電壓波形,有明顯的振蕩。光耦的4腳輸出電壓(對(duì)應(yīng)于UC3525的誤差放大器輸出腳電壓),波形,可發(fā)現(xiàn)明顯的振蕩。這是由于這個(gè)半橋電源穩(wěn)態(tài)占空比比較大,按接法2則光耦增益大,系統(tǒng)不穩(wěn)定而出現(xiàn)振蕩。
實(shí)際上,第2種接法在反激電路中比較常見,這是由于反激電路一般都出于效率考慮,電路通常工作于斷續(xù)模式,驅(qū)動(dòng)占空比比較小,對(duì)應(yīng)光耦電流Ic比較大,參考以上分析可知,閉環(huán)環(huán)路也比較容易穩(wěn)定。
可以看到光耦電路在開關(guān)電源中的作用主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行反饋與隔離,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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