光耦(opticalcoupler)亦稱光電阻隔器、光耦合器或光電耦合器。它是以光為前言來傳輸電信號的器件,一般把發光器(紅外線發光二極管LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光二極管宣布光線,光敏三極管承受光線之后就發生光電流,從輸出端流出,然后完成了“電—光—電”轉換。典型運用電路如下圖1-1所示。
光耦的首要長處是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端徹底完成了前端與負載徹底的電氣阻隔,輸出信號對輸入端無影響,減小電路攪擾,簡化電路設計,作業安穩,無觸點,運用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來的新式器件,現已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號阻隔、級間阻隔、脈沖擴大電路、數字外表、遠距離信號傳輸、脈沖擴大、固態繼電器(SSR)、儀器外表、通訊設備及微機接口中。在單片直流開關電源中,運用線性光耦合器可構成光耦反應電路,通過調理操控端電流來改動占空比,到達精細穩壓意圖。光耦典型電路
常用于反應的光耦類型有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例,介紹這類光耦的特性。圖2-1所示為光耦內部結構圖以及引腳圖。
TLP521的原邊相當于一個發光二極管,原邊電流If越大,光強越強,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擴大系數,該系數隨溫度改變而改變,且受溫度影響較大。作反運用的光耦正是運用“原邊電流改變將導致副邊電流改變”來完成反應,因此在環境溫度改變劇烈的場合,因為擴大系數的溫漂比較大,應盡量不通過光耦完成反應。此外,運用這類光耦有必要留意設計外圍參數,使其作業在比較寬的線性帶內,不然電路對運轉參數的敏感度太強,不利于電路的安穩作業。
一般挑選TL431結合TLP521進行反應。這時,TL431的作業原理相當于一個內部基準為2.5 V的電壓差錯擴大器(輸出的電壓進行差錯擴大比較,然后將取樣電壓通過光電偶合器反應操控脈寬占空比,到達安穩電壓的意圖),所以在其1腳與3腳之間,要接補償網絡。TL431是由德州儀器出產的可控精細穩壓源,什物如圖2-3所示。它的輸出電壓用兩個電阻就能夠恣意的設置到從2.5V到36V范圍內的任何值。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω,在許多運用中用它代替穩壓二極管,例如,數字電壓表,運放電路,可調壓電源,直流開關電源等。圖2-2所示為TL431引腳擺放與運用連線圖。
常見的光耦反應第1種接法。Vo為輸出電壓,Vd為芯片的供電電壓。com信號接芯片的差錯擴大器輸出腳。留意左面的地為輸出電壓地,右邊的地為芯片供電電壓地,兩者之間用光耦阻隔。圖2-3所示接法的作業原理如下:當輸出電壓升高時,TL431的1腳(相當于電壓差錯擴大器的反向輸入端)電壓上升,3腳(相當于電壓差錯擴大器的輸出腳) 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,輸出電壓減小;反之,當輸出電壓下降時,調理進程相似。
高于反相端電位的方法,運用運放的一種特性—當運放輸出電流過大(超越運放電流輸出才能)時,運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,選用這種接法的電路,必定要把PWM(脈沖寬度調制)芯片的差錯擴大器的兩個輸入引腳接到固定電位上,且有必要是同向端電位高于反向端電位,使差錯擴大器初始輸出電壓為高。
圖2-3所示接法的作業原理是:當輸出電壓升高時,原邊電流If增大,輸出電流Ic增大,因為Ic已經超越了電壓差錯擴大器的電流輸出才能,com腳電壓下降,占空比減小,輸出電壓減小;反之,當輸出電壓下降時,調理進程相似。
常見的第3種接法,如圖2-4所示。與第一種根本相似,不同之處在于多了一個電阻R6,該電阻的效果是對TL431額外注入一個電流,防止TL431因注入電流過小而不能正常作業。實際上如恰當選取電阻值R3,電阻R6能夠省略。調理進程根本上同1接法共同。
常見的第4種接法,如圖2-4所示。該接法與第2種接法相似,差異在于com端與光耦第4腳之間多接了一個電阻R4,其效果與第3種接法中的R6共同,其作業原理根本同接法2。
反應方法1、3適用于任何占空比(接通時間與周期之比)狀況,而反應方法2、4比較適合于在占空比比較小的場合運用。
小結
直流開關電源的光耦首要是阻隔、供給反應信號和開關效果。直流開關電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級電壓供給的,當輸出電壓低于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,使得輸出電壓下降。旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有毛病,就沒有光耦電源供給,光耦就操控著開關電路不能起振,然后維護開關管不至被擊穿燒毀。