剖析开关电源中光耦感化及光耦传输比（CTR）对开关电源的影响

光耦

光耦合器亦称光电断绝器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为前言来传输电旌旗灯号的器件，凡是把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管，光敏电阻）封装在统一管壳内。当输入端加电旌旗灯号时发光器收回光芒，受光器接管光芒以后就产生光电流，从输入端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为前言把输入端旌旗灯号耦合到输入真个光电耦合器，由于它具备体积小、寿命长、无触点，抗搅扰能力强，输入和输入之间绝缘，单向传输旌旗灯号等长处，在数字电路上取得普遍的操纵。

开关电源

开关情势电源，又称互换式电源、开关变更器，是一种高频化电能转换装配，是电源供给器的一种。其功效是将一个位准的电压，透过差别情势的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多数是交换电源（比方市电）或是直流电源，而输入多数是须要直流电源的装备，比方小我电脑，而开关电源就停止二者之间电压及电流的转换。

开关电源中光耦的感化

光耦在开关电源中有两个感化。

1、断绝，把进线220V的强电和电路板电路断绝开来，也便是常说的冷底板。

2、同时把后面任务电路中变更的电压旌旗灯号经由进程光耦的原端发光二极管转变成光旌旗灯号照耀到次真个光敏二极管从而转变光敏二极管的电阻，在经由进程这个电阻的变更去节制开关电源，实现了断绝和反应节制的感化。

开关电源光耦反应接法

罕见的光耦反应第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输入电压，Vd为芯片的供电电压。com旌旗灯号接芯片的偏差缩小器输入脚，或把PWM芯片(如UC3525)的外部电压偏差缩小器接成同相缩小器情势，com旌旗灯号则接到其对应的同相端引脚。注重左侧的地为输入电压地，右侧的地为芯片供电电压地，二者之间用光耦断绝。

图1所示接法的任务道理以下：当输入电压降落时，TL431的1脚(相称于电压偏差缩小器的反向输入端)电压回升，3脚(相称于电压偏差缩小器的输入脚)电压降落，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的别的一端输入电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压降落，占空比减小，输入电压减小；反之，当输入电压降落时，调理进程近似。

开关电源中光耦的感化罕见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法差别的是，该接法中光耦的第4脚间接接到芯片的偏差缩小器输入端，而芯片外部的电压偏差缩小器必须接成同相端电位高于反相端电位的情势，操纵运放的一种特征——当运放输入电流过大(跨越运放电流输入能力)时，运放的输入电压值将降落，输入电流越大，输入电压降落越多。

是以，接纳这类接法的电路，必然要把PWM芯片的偏差缩小器的两个输入引脚接到牢固电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使偏差缩小器初始输入电压为高。图2所示接法的任务道理是：当输入电压降落时，原边电流If增大，输入电流Ic增大，由于Ic已跨越了电压偏差缩小器的电流输入能力，com脚电压降落，占空比减小，输入电压减小；反之，当输入电压降落时，调理进程近似。

罕见的第4种接法，如图4所示。该接法与第2种接法近似，区分在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4，其感化与第3种接法中的R6分歧，其任务道理根基同接法2。

2、各种接法的比拟在比拟之前，须要对现实的光耦TLP521的几个特征曲线作一下阐发。起首是Ic-Vce曲线，如图5，图6所示。

由图8可以或许看出，在If大于5mA时，Ic-Ta曲线根基上是相互平行的。

按照上述阐发，以下针对差别的典范接法，对照其特征和合用规模。本研讨以现实的断绝半桥赞助电源及反激式电源为例申明。第1种接法中，接到电压偏差缩小器输入真个电压是外部电压经电阻R4降压以后取得，不受电压偏差缩小器电流输入能力影响，光耦的任务点拔取可以或许经由进程其外接电阻随便调理。按照后面的阐发，令电流If的静态任务点值约莫为10mA，对应的光耦任务温度在0～100℃变更，值在20～15mA之间。

通俗PWM芯片的三角波幅值巨细不跨越3V，由此选定电阻R4的巨细为670Ω，并同时肯定TL431的3脚电压的静态任务点值为12V，那末可以或许选定电阻R3的值为560Ω。电阻R1与R2的值轻易拔取，这里取为27k与4.7k。电阻R5与电容C1为PI弥补，这里取为3k与10nF。

尝试中，半桥赞助电源输入负载为节制板上的各种节制芯片，加上多路输入中各路的死负载，最初的现实功率约莫为30w。现实测得的光耦4脚电压(此电压与芯片三角波比拟拟，从而决议驱动占空比)波形，如图9所示。对应的驱动旌旗灯号波形，如图10所示。图10的驱动波形有负电压局部，是由于上、下管的驱动绕在一个驱动磁环上的原因。可以或许看出，驱动旌旗灯号的占空比比拟大，约莫为0.7。

一样，对上面的半桥赞助电源电路，用接法2取代接法1，闭环不不变，用示波器察看光耦4脚电压波形，有较着的振荡。光耦的4脚输入电压(对应于UC3525的偏差缩小器输入脚电压)，波形如图11所示，可发明较着的振荡。这是由于这个半桥电源稳态占空比比拟大，按接法2则光耦增益大，体系不不变而显现振荡。

现实上，第2种接法在反激电路中比拟罕见，这是由于反激电路通俗都出于效力斟酌，电路凡是任务于断续情势，驱动占空比比拟小，对应光耦电流Ic比拟大，参考以上阐发可知，闭环环路也比拟轻易不变。

以下是别的一个尝试反激电路，任务在断续情势，现实测得其光耦4脚电压波形，如图12所示。现实测得的驱动旌旗灯号波形，如图13所示，占空比约为0.2。

是以，在光耦反应设想中，除要按照光耦的特征参数来设置其核心参数外，还应当晓得，差别占空比下对反应体例的拔取也是无限定的。反应体例1、3合用于任何占空比环境，而反应体例2、4比拟合适于在占空比比拟小的场所利用。

3、竣事语本研讨罗列了4种典范光耦反应接法，阐发了各种接法下光耦反应的道理和各种限定身分，对照了各种接法的差别点。经由进程现实半桥和反激电路测试，考证了电路任务的占空比对反应体例拔取的限定。最初对光耦反应停止总结，对此后的光耦反应设想具备必然的参考代价。

开关电源的光耦首要是断绝、供给反应旌旗灯号和开关感化。开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压供给的，当输入电压低于稳压管电压是给旌旗灯号光耦接通，加大占空比，使得输入电压降落；反之则关断光耦减小占空比，使得输入电压降落。旦高频变压器次级负载超载或开关电路有毛病，就不光耦电源供给，光耦就节制着开关电路不能起振，从而掩护开关管不至被击穿销毁。

凡是光耦与TL431一路利用。上面是LED电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG03655的局部电路。两电阻串连取样到431R端与外部比拟器停止比拟。而后按照比出的旌旗灯号再节制431K端(阳极接光耦那一端)对地的电阻，而后到达节制光耦外部发光二极管的亮度。

(光耦外部一边是一发光二极管，一边是一光敏三极管)经由进程发光的强度。节制别的一端三极管的CE真个电阻也便是转变了led电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365检测脚的电流（1脚：电压反应引脚，经由进程毗连光耦到地来调剂占控比）。

按照电流的巨细，led电源驱动芯片(开关电源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365就会主动调剂输入旌旗灯号的占空比，到达稳压的目标。

TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365芯片是一款高集成度、高机能的PWM＋MOSFET管二合一的电流型离线式开关电源节制器。合用于充电器、电源适配器、LED驱动电源等各种小功率的开关电源。接纳DIP8封装，无需加散热器可输入0～36W的功率（加散热可以或许做到更大）。电路布局简略，本钱低。具备完美的掩护功效，包含过压、欠压、过温、过载及短路等掩护。牢固振荡频次及抖频功效，可以或许降落EMI。待机功率低，在待机时进入跳周期情势，合适“动力之星”期待机功耗规范请求。

光耦传输比（CTR）对开关电源的影响

CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值。

副边的输入电流（IC）

原边输入电流（IF）

断绝电压：发光管和光敏三极管的断绝电压的最小值。

光耦的手艺参数首要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输入级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。另外，在传输数字旌旗灯号时还需斟酌回升时辰、降落时辰、提早时辰和存储时辰等参数。

集电极-发射极电压：集电极-发射极之间的耐压值的最小值光耦甚么时辰导通?甚么时辰停止?通俗光耦合器的CTR-IF特征曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤其严峻，是以它不合适传输摹拟旌旗灯号。线性光耦合器的CTR-IF特征曲线具备杰出的线性度，出格是在传输小旌旗灯号时，其交换电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很靠近于直流电流传输比CTR值。是以，它合适传输摹拟电压或电流旌旗灯号，能使输入与输入之间呈线性干系。这是其首要特征。

电流传输比是光耦合器的首要参数，凡是用直流电流传输最近表现。当输入电压坚持恒定时，它即是直流输入电流IC与直流输入电流IF的百分比。接纳一只光敏三极管的光耦合器，CTR的规模大多为20%～300%(如4N35)，而pc817系列则为50%～600%。这标明欲取得一样的输入电流，后者只要较小的输入电流。是以，CTR参数与晶体管的hFE有某种类似的地方。

利用光电耦合器首要是为了供给输入电路和输入电路间的断绝，在设想电路时，必须遵守以下所选用的光电耦合器件必须合适国际和国际的有关断绝击穿电压的规范。鉴于此类光耦合器显现开关特征，其线性度差，适合传输数字旌旗灯号(高、低电平)，可以或许用于单片机的输入断绝;所选用的光耦器件必须具备较高的耦合系数。

在开关电源的断绝中，和设想光耦反应式开关电源时必须准确挑选线性光耦合器的型号及参数，除必须遵守通俗光耦的拔取准绳外，还必须遵守以下准绳：

1、保举接纳线性光耦合器，其特色是CTR值可以或许在必然规模内做线性调剂。

2、光耦合器的电流传输比(CTR)的许可规模是50%～200%。这是由于当CTR<50%时，光耦中的LED就须要较大的任务电流(IF>5.0mA)，能力一般节制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR>200%，在启动电路或当负载产生渐变时，有可以或许将

单片开关电源误触发，影响一般输入。

3、若用缩小器电路去驱动光电耦合器，必须经心设想，保障它可以或许弥补耦合器的温度不不变性和漂移。

以下是罕见光电耦合器PC817系列的一些参数（仅供参考）：

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