開關電源中光耦電路的多種接法與比較

     光耦電路在電子電路設計中經常出現，由於接法較多，所以能夠適應較多不同的情況。但與此同時，不同的光耦電路接法也為設計者的選擇造成了不便，在本文當中小編將為大家介紹光耦電路裏各種不同電路接法，並進行比較。

     當If小於5mA時，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。這時如果將光耦作為電源反饋網絡的一部分，其傳遞函數增益非常大。對於整個係統來說，一個非常高的增益容易引起係統不穩定，所以將光耦的靜態工作點設置在電流If小於5mA是不恰當的，設置為5～10mA較恰當。此外，還需要分析光耦的Ic-If曲線.
 

    在電流If小於10mA時，Ic-If基本不變，而在電流If大於10mA之後，光耦開始趨向飽和，Ic-If的值隨著If的增大而減小。對於一個電源係統來說，如果環路的增益是變化的，則將可能導致不穩定，所以將靜態工作點設置在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Ic-If比值基本無影響，曲線形狀仍然同圖3，隻是溫度升高，曲線整體下移，這個特性從Ic-Ta曲線中可以看出。
 

   在If大於5mA時，Ic-Ta曲線基本上是互相平行的。根據上述分析，以下針對不同的典型接法，對比其特性以及適用範圍。本研究以實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電阻R4降壓之後得到，不受電壓誤差放大器電流輸出能力影響，光耦的工作點選取可以通過其外接電阻隨意調節。

按照前麵的分析，令電流If的靜態工作點值大約為10mA，對應的光耦工作溫度在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，並同時確定TL431的3腳電壓的靜態工作點值為12V，那麼可以選定電阻R3的值為560Ω。電阻R1與R2的值容易選取，這裏取為27k與4.7k。電阻R5與電容C1為PI補償，這裏取為3k與10nF。

 

    實驗中，半橋輔助電源輸出負載為控製板上的各類控製芯片，加上多路輸出中各路的死負載，最後的實際功率大約為30w。實際測得的光耦4腳電壓（此電壓與芯片三角波相比較，從而決定驅動占空比）波形.
 

    驅動波形有負電壓部分，是由於上、下管的驅動繞在一個驅動磁環上的緣故。可以看出，驅動信號的占空比比較大，大約為0.7。
 

    對於第2種接法，一般芯片內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態占空比較大，那麼電流Ic比較小，其值可能僅略大於3mA，Ib為2mA左右。Ib值較小時，微小的Ib變化將引起Ic劇烈變化，光耦的增益非常大，這將導致閉環網絡不容易穩定。而如果電源穩態占空比比較小，光耦的4腳電壓比較小，對應電壓誤差放大器的輸出電流較大，也就是Ic比較大（遠大於3mA），則對應的Ib也比較大，當Ib值較大時，對應的光耦增益比較適中，閉環網絡比較容易穩定。

 

    同樣，對於上麵的半橋輔助電源電路，用接法2代替接法1，閉環不穩定，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（對應於UC3525的誤差放大器輸出腳電壓），波形，可發現明顯的振蕩。這是由於這個半橋電源穩態占空比比較大，按接法2則光耦增益大，係統不穩定而出現振蕩。

 

    實際上，第2種接法在反激電路中比較常見，這是由於反激電路一般都出於效率考慮，電路通常工作於斷續模式，驅動占空比比較小，對應光耦電流Ic比較大，參考以上分析可知，閉環環路也比較容易穩定。

 

    可以看到光耦電路在開關電源中的作用主要是對信號進行反饋與隔離，開關電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級電壓提供的，當輸出電壓低於穩壓管電壓是給信號光耦接通，加大占空比，使得輸出電壓升高；反之則關斷光耦減小占空比，使得輸出電壓降低。旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控製著開關電路不能起振，從而保護開關管不至被擊穿燒毀。