開關電源常用的反饋電路與光耦CTR值對開關電源的影響

開關電源是閉環控制電路,所以輸出反饋必不可少。這個反饋是指將輸出電壓通過某種形式,反饋給控制電路中的誤差放大器輸入端,與基準電壓進行比較。開關控制電路的形式,可以有千萬種,但反饋電路只有四種基本類型。

開關電源常用的反饋電路與光耦CTR值對開關電源的影響

一、常用的四種基本反饋類型

1、基本反饋電路

基本反饋電路這種反饋電路的優點是電路簡單、成本低廉,適用於小型化、經濟型的開關電源。缺點是穩壓性能較差,電壓調整率Sv=±1.5%~±2%,負載調整率Sl≈±5%。

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2、 改進型基本反饋電路

這種反饋電路只是在基本反饋電路的基礎上增加一隻穩壓管VDz和電阻R1,負載調整率將達到±2%。這種類型的反饋電路,VDz的穩壓值一般為22V,需適當增加反饋繞組的匝數,提高反饋電壓UFB,才能滿足電路的需要。

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3、配穩壓管的光耦反饋電路

配穩壓管的光耦反饋電路這種反饋電路由VDz提供參考電壓Uz,當Uo發生變化時,在LED上可反映出誤差電壓的變化,光耦有一定的電壓或者電流放大作用,這種電路相當於附屬增加一個外部誤差放大器,與內部誤差放大器共同作用,增大了誤差放大器的增益指數,使得控制器對輸出電壓的變化變得更敏感,它可使負載調整率達到±1%以下。

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4、 配TL431的精密光耦反饋電路

配TL431的精密光耦反饋電路這種反饋電路比較複雜,但電壓穩定性能最好。利用TL431可調式精密並聯穩壓器來代替穩壓管,構成高靈敏度外部誤差放大器,對Uo作精細調整,讓電壓調整率和負載調整率都達到±0.2%,能與線性穩壓電源相媲美。這種反饋電路常用於精密開關電源。

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二、開關電源相關重要參數

CTR:發光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。

隔離電壓:發光管和光敏三極管的隔離電壓的最小值。

光耦的技術參數:主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發射極飽和壓降VCE(sat)。此外,在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。

集電極-發射極電壓:集電極-發射極之間的耐壓值的最小值光耦什麼時候導通?什麼時候截至?普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性,在IF較小時的非線性失真尤為嚴重,因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度,特別是在傳輸小信號時,其交流電流傳輸比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近於直流電流傳輸比CTR值。因此,它適合傳輸模擬電壓或電流信號,能使輸出與輸入之間呈線性關係。這是其重要特性。

電流傳輸比是光耦合器的重要參數,通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恆定時,它等於直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。採用一隻光敏三極管的光耦合器,CTR的範圍大多為20%~300%(如4N35),而pc817則為80%~160%,臺灣億光(如EL817)可達50%~600%。這表明欲獲得同樣的輸出電流,後者只需較小的輸入電流。因此,CTR參數與晶體管的hFE有某種相似之處。

使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離,在設計電路時,必須遵循下列所選用的光電耦合器件必須符合國內和國際的有關隔離擊穿電壓的標準;由臺灣億光生成生產的EL817系列(如EL817B-F、EL817C-F)光耦合器,目前在國內應用地十分普遍。鑑於此類光耦合器呈現開關特性,其線性度差,適宜傳輸數字信號(高、低電平),可以用於單片機的輸出隔離;所選用的光耦器件必須具有較高的耦合係數。

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三、光耦選取原則

在開關電源的隔離中,以及設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數,除了必須遵循普通光耦的選取原則外,還必須遵循下列原則:

1、推薦採用線性光耦合器,其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。

2、光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是50%~200%。這是因為當CTR<50%時,光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF>5.0mA),才能正常控制單片開關電源IC的佔空比,這會增大光耦的功耗。若CTR>200%,在啟動電路或者當負載發生突變時,有可能將單片開關電源誤觸發,影響正常輸出。

3、若用放大器電路去驅動光電耦合器,必須精心設計,保證它能夠補償耦合器的溫度不穩定性和漂移。

以下是常見光電耦合器PC817系列的一些參數(僅供參考):

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