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光耦在程控直流電源電路中的主要作用就是實(shí)現光電轉換、實(shí)現隔離，避免輸入、輸出之間發(fā)生互相干擾的情況。在不同的程控直流電源設計過(guò)程中，光耦的作用也是有所不同，與TL431結合使用，是程控直流電源業(yè)界減少控制成本最好的方法。

一、光耦的基本參數

圖1中的光耦內部結構由基本的三部分組成：發(fā)光二級管、透光絕緣層、光電三極管。通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)光，穿透絕緣層到光電轉換三極管，實(shí)現電流的傳輸、隔離特性。

圖1 光耦內部組成

從圖1可以看出，光耦的主要參數有：

1、電流傳輸比CTR：CTR=I_O/I_F×100%，發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。

2、絕緣耐壓(透光絕緣層)：指光耦保護相關(guān)電路及自身免受高壓導致的物理?yè)p壞能力。

3、LED的驅動(dòng)電流IF：采用高效率的LED和高增益的接收放大器，可以降低驅動(dòng)電流的IF，同時(shí)較小的IF電流可以降低系統的功耗，并且降低LED的衰減，提供系統長(cháng)期的可靠性。

4、共模抑制比VCM：指在每微秒光耦能容許的最大共模電壓上升、下降率。這個(gè)參數主要在工業(yè)電機應用中至關(guān)重要。例如電機的啟動(dòng)或者制動(dòng)過(guò)程中都會(huì )帶來(lái)極大的共模噪聲。

二、光耦在程控直流電源中的應用

光耦的特點(diǎn)：具有信號單向傳輸性，從而實(shí)現輸入端與輸出端的電氣隔離，即：輸出信號對輸入端無(wú)影響，具有抗干擾能力強、工作特性穩定、高可靠性、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，通常被應用與程控直流電源控制回路中。

光耦在程控直流電源中的典型應用原理：從輸出端采樣，獲取誤差信號，然后把信號通過(guò)轉換、隔離傳輸到輸入端IC的PWM控制器，通過(guò)調節PWM占空比的大小，實(shí)現高精度穩壓輸出。

圖2 光耦在程控直流電源中的典型應用

光耦與TL431的組合使用，構成最簡(jiǎn)單的程控直流電源控制回路（反饋回路），實(shí)現穩壓輸出，如圖2所示，Vs為輸出電壓Vo分壓后的提供給TL431誤差放大器反相端的采樣型號，該采樣信號Vs通過(guò)光耦二極管、TL431、電阻R1轉換為電流信號IF，然后傳輸到光耦輸出端，形成誤差信號Vea，與PWM控制器的三角波Vt進(jìn)行比較，得到矩形脈沖（具有一定占空比的PWM信號Vb），然后調節功率級器件的導通、截止時(shí)間，達到穩定輸出的目的。

三、光耦與TL431構成的反饋環(huán)路

反饋環(huán)路的穩定性對程控直流電源來(lái)說(shuō)是非常重要的，如果沒(méi)有足夠的相位余量和增益余量，電源的動(dòng)態(tài)特性就會(huì )變差或直接導致輸出振蕩，使產(chǎn)品損壞或者縮短使用壽命。

在設計程控直流電源控制回路時(shí)，要充分考慮反饋環(huán)路的穩定性，使其具有負反饋特性：為了使產(chǎn)品能工作在最?lèi)毫拥那闆r時(shí)，仍保持穩定，理論至少需要45°的相位余量。

圖2紅框的器件要素就構成一個(gè)具有2型補償的反饋環(huán)路。TL431是程控直流電源次級反饋最常用的基準和誤差放大器件，其供電方式不同對它的傳遞函數有很大的影響。在研發(fā)設計階段，工程師一般都會(huì )借助環(huán)路測試儀器，調試環(huán)路的穩定性，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的穩定性、可靠性。

四、光耦的選擇要點(diǎn)

光耦在程控直流電源中的應用主要是提供初級輸入與次級輸出間的電氣隔離、與TL431組合的反饋控制環(huán)路，所以在電路設計時(shí)，必須遵循下列原則：

1、根據產(chǎn)品輸入、輸出間的隔離耐壓，選擇符合國內、國際相關(guān)隔離擊穿電壓標準的光耦；

2、電流傳輸比(CTR)的理想范圍是50%～200%。這是因為當CTR過(guò)小時(shí)，光耦中的LED需要較大的工作電流，這會(huì )增大光耦的功耗；當CTR過(guò)大時(shí)，在電路啟動(dòng)或者負載突變時(shí)，有可能影響正常輸出；

3、優(yōu)先選擇線(xiàn)性光耦，因為CTR值在一定的范圍內，具有較好的線(xiàn)性調整。

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