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工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦電路分析

來源：發(fā)布時間：2019-04-24 點(diǎn)擊量：1351

工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦電路分析

對于開關(guān)電源，包括工控設(shè)備開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源，防雨電源等系列，都要使用光耦，可想而知它是多么的重要，本文就來記敘工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦電路分析。

我們先要知道工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦是什么？　光耦，也稱光電隔離器、光耦合器或光電耦合器。它是以光為媒介來傳輸電.信號的器件，通常把發(fā)光器(紅外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.信號時發(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。

工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦有哪些特點(diǎn)？光耦的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號單向傳輸，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，輸出信號對輸入端無影響，減小電路干擾，簡化電路設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，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、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號傳輸、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)到穩(wěn)壓目的。

光耦典型電路
常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例，介紹這類光耦的特性。
TLP521的原邊相當(dāng)于一個發(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，使用這類光耦要注意設(shè)計(jì)外.圍參數(shù)，使其工作在比較寬的線性帶內(nèi)，否則電路對運(yùn)行參數(shù)的感應(yīng)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，TL431的工作原理相當(dāng)于一個內(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它的輸出電壓用兩個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。

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。當(dāng)輸出電壓升高時，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，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，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輸入引腳接到固定電位上，且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。

當(dāng)輸出電壓升高時，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，輸出電壓減小；反之，當(dāng)輸出電壓下降時，調(diào)節(jié)過程類似。
常見的第3種接法與第.一種基本相似，不同之處在于多了一個電阻R6，該電阻的作用是對TL431額外注入一個電流，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，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合使用。

工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號和開關(guān)作用。工控設(shè)備開關(guān)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(dāng)輸出電壓低于穩(wěn)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(guān)斷光耦減小占空比，使得輸出電壓降低。高頻變壓器次級負(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。

通過以上的介紹后，希望大家對工控設(shè)備開關(guān)電源的光耦電路分析有所了解，也希望在以后的運(yùn)用上有所幫助。

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