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行业资讯

光耦继电器的连接方法和功能原理

2021-03-11 16:48:16 行业资讯
       对于通常隔离的电源,光耦合器隔离反馈是一种简单且廉价的方法。 迄今为止,尚未对各种连接方法和光耦合器反馈的差异进行更详细的研究。 另外,在许多情况下,由于对光耦合器的工作原理了解不足,因此使光耦合器方法感到困惑,这常常导致电路无法正常工作。

       以下为几种常见的连接方法及其工作方式!

                                               继电器

       通常用于反馈的光耦合器型号为TLP521,PC817等。以TLP521为例,演示这种类型的光耦合器的特性。
 
       TLP521的初级侧对应于一个发光二极管。次级三极管电流Ic与初级二极管电流If的比值称为光耦合器的电流放大系数,该系数随温度而变化,并受温度的强烈影响。用于反馈的光耦合器使用“一次侧电流的变化引起二次侧电流的变化”来实现反馈。因此,在环境温度急剧变化的情况下,增益因数的温度漂移相对较大,因此不应通过光耦合器来尽可能多地实现。另外,在使用这种类型的光耦合器时,必须注意外围参数的设计,以便它们在相对较宽的线性频带内工作。否则,电路对工作参数过于敏感,不利于光耦合器的稳定运行。

       通常,选择TL431和TLP521组合以获得反馈。此时,TL431的工作原理与内部基准电压为2.5V的电压误差放大器相同,因此应在其1引脚和3引脚之间连接一个补偿网络。图中显示了用于光耦合器公共反馈的第一种连接方法。在图中,Vo是芯片的输出电压,Vd是芯片的电源电压。COM信号连接到芯片的误差放大器输出引脚,或者PWM芯片的内部电压误差放大器(例如UC3525)连接到同相放大器形式,COM信号连接到其相应的同相引脚。请注意,左侧的接地是输出电压的接地,右侧的接地是芯片的电源电压的接地。两者通过光耦合器隔离。

       图中所示连接的工作原理如下:随着输出电压的增加,TL431的引脚1的电压(对应于电压误差放大器的反向输入端)和引脚3的电压(对应于电压误差放大器的输出引脚)减小。一次电流当TLP521光耦合器增加时,光耦合器另一端的输出电流Ic增加,电阻R4两端的压降增加,Com引脚电压减小,占空比减小,输出电压减小,反之亦然。当输出电压降低时,调整过程相似。

       如图所示是常用的第二种连接方法。与第一种连接方法的不同之处在于,通过这种连接,光耦合器的第4引脚直接连接到芯片误差放大器的输出端子,并且芯片内部的电压误差放大器必须连接到非反相端,高于反相端。利用运算放大器的特性形成-当运算放大器的输出电流太大(超过运算放大器的电流输出电容)时,运算放大器的输出电压值会下降。输出电流越大,输出电压下降越多。因此,在使用这种连接方法的电路中,PWM芯片的误差放大器的两个输入引脚必须连接到固定电势,并且同一方向端子的电势必须高于反向端子的电势。误差放大器的初始输出电压高。

       典型连接分析

       根据以上分析,下面比较各种典型连接方法的属性和范围。在第一种连接方法中,连接到电压误差放大器输出的电压是通过电阻R4降低外部电压后获得的,可以设置光耦合器由其外部抵抗力随意决定。根据先前的分析,电流If的静态工作点值约为10 mA,光耦合器的相应工作温度在0到100°C之间变化,并且该值在20到15 mA之间。通常,PWM芯片的三角波幅度不超过3V。因此,选择电阻R4的大小为670Ω,然后可以将电阻R3的值选择为560Ω。电阻R1和R2的值分别为27k和4.7k。电阻器R5和电容器C1为3k和10nF。在实验中,半桥辅助电源的输出负载由控制板上的不同控制芯片加上多通道输出中每个通道的静负载组成,最终实际功率约为30W。

       实际如图所示,在光耦合器的引脚4上测得的电压(将该电压与芯片的三角波进行比较以确定驱动器的占空比)。相应的驱动信号波形如图所示。驱动波形具有负张力部分,因为顶部和底部管驱动器均缠绕在驱动器磁环上。可以看出,控制信号的脉冲占空因数相对较大,约为0.7。

       使用第二种连接方法时,芯片中电压误差放大器的最大电流输出能力约为3 mA。当超过此电流值时,误差放大器的最大误差输出下降。因此,就此而言,如果电源的稳态功率相对较大,则电流Ic相对较小,并且其值只能略大于3 mA,并且Ib约为2 mA。当Ib值小时,Ib的小变化将导致Ic的急剧变化,并且光耦合器的增益将非常大,这将使闭环网络难以稳定。当电源的稳态占空比相对较小时,来自光耦合器引脚4的电压相对较小,并且相应的电压误差放大器的输出电流也较大,即Ic相对较大(远大于3mA),并且相应的Ib也相对较大。

      类似地,对于上述半桥辅助电源电路,使用连接方法2代替连接方法1,并且闭环不稳定。用示波器观察光耦合器4的电压波形时,有明显的振荡。

实际上,第二种类型的连接在反激电路中更为常见。这是因为反激电路通常基于效率考虑。该电路通常以不连续模式工作,其占空比相对应于光耦合器电流Ic较小。从以上分析可以看出,闭环也相对容易稳定。以下是在不连续模式下运行的另一个实验性反激电路。实际测量了来自其光耦合器引脚4的电压波形。实际测得的驱动信号波形如图所示,占空比约为0.2。

       因此,在光耦合器反馈设计中,除了根据光耦合器的特性参数设置其外围参数外,还应该知道在不同占空比下选择反馈方法存在局限性。反馈方法1和3适用于任何占空比,而反馈方法2和4更适用于占空比相对较小的情况。

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