光耦在開關電源中應用非常的常見,它是起到一個原副邊的信號傳輸,并且能有效隔離原副邊的元器件,當然能傳遞信號并且有隔離作用的元器件很多,但光耦是一個價格便宜并且外圍電路簡單的特點,因為要隔離原副邊,所以一般開關電源中的光耦的耐壓是要選擇5000V(有效值)。
光耦首先是分線性光耦與非線性光耦,在我們開關電源中做反饋用的光耦是線性光耦,比如PC817,對于PC817的話,有A檔、B檔、C檔、D檔之分
這些檔位其實是根據CTR(傳輸比)來分類的。
CTR是描述光耦控制特性的參數,也就是副邊的Ic電流與原邊的輸入IF電流的百分比。
具體的參數見下面的表格:
從上面的表格來看,每一個檔位的CTR都是在一定范圍內的,比如A檔是80%-160%,這個范圍的變化是根據不同的IF電流所得來的,根據PC817A的規格書,我們能看到一個關于IF電流與傳輸比的曲線圖。他的傳輸比是隨電流IF變化而變化的,大的傳輸比是在10-20mA之間的電流,而開關電源的反饋電流一般是非常小的。一般都是在1-2mA之內。
那么我們在設計開關電源的時候要先確定好光耦IC的電流,一般IC電流是芯片的FB腳所能流出的大電流,下面我們來實際計算下。
如下面的圖,典型的TL431+PC817 的應用圖。
光耦的CTR與R1、R2、R3怎么去選取。
首先要確定好Fb腳的大的IC電流,假設IC大電流是1mA,Vo是5V,因為光耦的發光二極的Vf壓降一般是1-1.4V之間,R3的作用是在光耦沒有導通的時候需要給TL431提供一個1mA的啟動電流,所以R3的電阻的選取是Vf除TL431的啟動電流 1V÷1mA=1K,當Fb腳需要流過大電流的時候,光耦原邊二極管上面需要的電流If就是IC/CTR=If,那么這里的CTR是一個范圍,而不是一個非常準確的數字,比如我們用PC817A,CTR是80%-160%,所以說在計算的時候要用小的CTR 80%去計算。
根據傳輸比的定義CTR= Ic÷If,If=IC÷CTR=1mA÷80%=1.25mA,又因為光耦的傳輸比 80%與160%是在25℃環境溫度下的參數,而光耦在不同溫度下面CTR是變化的,看下面溫度與傳輸比的曲線圖,當光耦溫度到100℃的時候CTR只有原來的60%,也就是25℃的時候CTR是80%,到100℃的時候變成了80%×60%=48%。
那么根據高溫度100℃的傳輸比來計算上面的If=IC÷CTR=1mA÷48%≈2.1mA了,在實際計算的時候還要流有一定的余量,所以根據上面的計算的話,我們If電流要大于2.1mA,一般是計算值的1.3-1.5倍電流就可以了,我們假設1.3倍的電流,2.1mA×1.3=2.73mA。
根據上面的計算,我們光耦的原邊的電流大是2.73mA,然后我們在去看光耦在100℃下面的大If電流,如果下面的圖,光耦在100℃的時候大的If是18mA,我們實際大電流是小于3mA,留有非常大的余量。那么因為光衰引起的問題完全可以不用去考慮。
那么R2=(5-2.5-1.4)÷(2.73+1)=295Ω,所以我們實際取值的時候可以取240Ω。
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