四种光耦反馈电路的原理与接法

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光耦合器(optICalcoupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。主要应用在各种电路中,能够对调节电流的状态,对电路起到一定的保护作用。根据它的特性,人们利用光耦合器制作可控的光电开关,对开关电路和高压电路能够起到非常好的控制和稳压作用,为人们的使用提供了诸多的方便。

在一般的隔离电源中,光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别,目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下,由于对光耦的工作原理理解不够深入,光耦接法混乱,往往导致电路不能正常工作。本文将详细分析光耦工作原理,并针对光耦反馈的几种典型接法加以介绍。

  • 常见的几种连接方式及其工作原理

耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二=极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电——光——电的转换, 从而起到输入、输出、隔离的作用。光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点,因而在各种电子设备上得到广泛的应用。光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例,介绍这类光耦的特性。TLP521的原边相当于一个发光二极管,原边电流If越大,光强越强,副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数,该系数随温度变化而变化,且受温度影响较大。通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时,TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器,所以在其1脚与3脚之间,要接补偿网络。

二、常用的四种反馈接法

常见的光耦反馈第1种接法,如图1所示。注意左边的地为输出电压地,右边的地为芯片供电电压地,两者之间用光耦隔离。图1所示接法的工作原理如下:当输出电压升高时,TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升,3脚电压下降,光耦TLP521的原边电流If增大,光耦的另一端输出电流Ic增大,电阻R4上的电压降增大,com引脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压降低时,调节过程类似。

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常见的第2种接法,如图2所示。与第1种接法不同的是,该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端,而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式,利用运放的一种特性———— 当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时,运放的输出电压值将下降,输出电流越大,输出电压下降越多。图2所示接法的工作原理是:当输出电压升高时,原边电流If增大,输出电流Ic增大,由于Ic已经超过了电压误差放大器的电流输出能力,com脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压下降时,调节过程类似。

常见的第3种接法,如图3所示。与图1基本相似,不同之处在于图3中多了一个电阻R6,该电阻的作用是对TL431额外注入一个电流,避免TL431因注入电流过小而不能正常工作。

常见的第4种接法,如图4所示。该接法与第2种接法类似,区别在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4,其作用与第3种接法中的R6一致,其工作原理基本同接法2。

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光耦合器(optICalcoupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。主要应用在各种电路中,能够对调节电流的状态,对电路起到一定的保护作用。根据它的特性,人们利用光耦合器制作可控的光电开关,对开关电路和高压电路能够起到非常好的控制和稳压作用,为人们的使用提供了诸多的方便。