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光耦合器的定义:
耦合器(optical coupler,简称OC)也叫光电隔离器,简称光耦,是开关电源电路中常用的器件。
光耦合器的工作原理:
耦合器使用光作为传输电信号的介质。 它对输入输出电信号有很好的隔离作用,因此在各种电路中得到广泛应用。 目前,它已成为种类最多、应用最广泛的光电器件之一。 光耦合器一般由光发射、光接收和信号放大三部分组成。 输入的电信号驱动发光二极管(LED)发出一定波长的光,被光电探测器接收产生光电流,进一步放大输出。 这样就完成了电-光-电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器的输入和输出相互隔离,电信号传输具有单向性的特点,因此具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 并且由于光耦合器的输入端是工作在电流模式下的低阻抗元件,所以具有很强的共模抑制能力。 因此,在信息的长期传输中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。 作为计算机数字通信和实时控制中信号隔离的接口设备信号隔离器电路图,可以大大增加计算机工作的可靠性。
光电耦合器的优点:
光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入输出完全电气隔离,输出信号对输入无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。 光耦合器是20世纪70年代发展起来的一种新型器件,已广泛应用于电绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大等电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通讯设备和微机接口。 在单片机开关电源中,可以采用线性光耦组成光耦反馈电路,通过调节控制端的电流来改变占空比,实现精密稳压。
光耦合器的种类:
光耦合器有两种类型:一种是非线性光耦合器,另一种是线性光耦合器。
非线性光耦合器的电流传输特性曲线是非线性的。 这类光耦合器适用于开关信号的传输,但不适用于模拟量的传输。 常用的4N系列光耦合器为非线性光耦合器。
线性光耦合器的电流传输特性曲线接近直线,在信号较小时性能较好,可以隔离控制,具有线性特性。 常用的线性光耦合器是PC817A-C系列。
开关电源中常用的光耦合器是线性光耦合器。 如果使用非线性光耦合器信号隔离器电路图,振荡波形可能会恶化,严重时会产生寄生振荡,使几千赫兹的振荡频率被几十到几百赫兹的低频振荡所调制。 由此产生的后果就是彩电、彩显、VCD、DCD等都会对图像画面造成干扰。 同时,电源的负载能力下降。 在维修彩电、显示器等开关电源时,如果光耦损坏,必须更换线性光耦。 常用的4脚线性光耦是PC817A----C。 PC111TLP521等常用的六脚线性光耦有:LP632TLP532PC614PC714PS2031等。 常用的4N254N264N354N36不适合做开关电源,因为这4个光耦都是非线性光耦。
光耦的作用:
由于光耦合器种类繁多,结构独特,优点突出,因而应用广泛,主要有以下几种场合:
(1) 在逻辑电路中的应用
光耦合器可以构成各种逻辑电路。 由于光耦合器的抗干扰性能和隔离性能优于晶体管,因此由其构成的逻辑电路更加可靠。
(2)用作固态开关
在开关电路中,往往要求控制电路与开关之间有良好的电气隔离,这对于一般的电子开关是很难做到的,但用光电耦合器就很容易实现。
(3) 在触发电路上的应用
双稳态输出电路采用光电耦合器,可以有效解决输出与负载之间的隔离问题,因为发光二极管可以串接在两管的发射极电路中。
(4) 在脉冲放大电路中的应用
光电耦合器在数字电路中用于放大脉冲信号。
(5) 在线性电路上的应用
线性光电耦合器用于线性电路,具有高线性度和优良的电气隔离性能。
(6) 特殊场合的应用
光电耦合器还可用于高压控制,取代变压器、接触继电器和A/D电路。
线性光耦合器的选用原则:
在设计光耦反馈式开关电源时,必须正确选择线性光耦的型号和参数。 选择原则如下:
① 光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围为50%~200%。 这是因为当CTR<50%时,光耦中的LED需要较大的工作电流(IF>5.0mA)才能正常控制单片开关电源IC的占空比,会增加光耦的功率。 消耗。 如果CTR>200%,在启动电路时或负载突然变化时,可能会误触发单片开关电源,影响正常输出。
②推荐使用线性光耦,其特点是CTR值可以在一定范围内线性调节。
③英国艾索康姆(Isocom)公司和美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器目前在国内应用广泛。 鉴于这类光耦合器表现出开关特性,其线性度较差,适合传输数字信号(高低电平),因此不建议在开关电源中使用。
3 线性光耦合器应用实例
多路输出电源变换器电路如图3所示,其输入电压为36V~90V的准方波电压,三路输出分为:UO1=+5V(2A),UO2=+15V(0.17 A)、UO3=-15V(0.17A)。 现将UO1设为主输出,其电压调整率SV=±0.4%; UO2、UO3为辅助输出,总电源效率可达75%~80%。 电路中采用了一颗TOP104Y三端单片开关电源集成电路。 主输出绕组电压经VD2、C2、L1、C3整流滤波后得到+5V电压。 VD2采用MBR735型35V/7.5A肖特基二极管。 两个辅助输出绕组和输出电路完全对称。 由于±15V输出电流较小,整流管VD4、VD5均采用UF4002型100V/1A超快恢复二极管。 光耦反馈式精密开关电源由线性光耦CNY17-2和可调精密并联稳压器TL431C组成,可精确调节+5V电压。 反馈绕组电压经VD3、C4整流滤波后,得到12V的反馈电压。 P6KE120瞬态电压抑制器和UF4002超快恢复二极管组成的漏极钳位保护电路,可以吸收高频变压器漏感形成的尖峰电压,保护芯片内部的功率场效应管MOSFET不受损坏。
外部误差放大器由 TL431C 组成。 当+5V输出电压升高时,经R3、R4分压后得到的采样电压与TL431C中的2.5V带隙基准电压进行比较,使阴极电位降低,LED的工作电流IF增大,然后通过线性光耦IC2(CNY17-2),控制端电流IC增大,TOP104Y输出占空比减小,使UO1不变,达到稳压目的。 +5V稳压值UO1由TL431C和光耦中的LED正向压降设定。 R1是LED的限流电阻。 误差放大器的频率响应由 C5、R2 和 C6 决定。 C5具有三个作用:滤除控制端的峰值电压; 确定自动重启频率; 与R2一起补偿控制回路。
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