【導讀】在一般的隔離電源中，光耦隔離反饋是一種簡單、低成本的方式。但對于光耦反饋的各種連接方式及其區(qū)別，目前尚未見到比較深入的研究。而且在很多場合下，由于對光耦的工作原理理解不夠深入，光耦接法混亂，往往導致電路不能正常工作。
本研究將詳細分析光耦工作原理，并針對光耦反饋的幾種典型接法加以對比研究。1、常見的幾種連接方式及其工作原理常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例，介紹這類光耦的特性。TLP521的原邊相當于一個發(fā)光二極管，原邊電流If越大，光強越強，副邊三極管的電流Ic越大。副邊三極管電流Ic與原邊二極管電流If的比值稱為光耦的電流放大系數(shù)，該系數(shù)隨溫度變化而變化，且受溫度影響較大。作反饋用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現(xiàn)反饋，因此在環(huán)境溫度變化劇烈的場合，由于放大系數(shù)的溫漂比較大，應盡量不通過光耦實現(xiàn)反饋。此外，使用這類光耦必須注意設計外圍參數(shù)，使其工作在比較寬的線性帶內，否則電路對運行參數(shù)的敏感度太強，不利于電路的穩(wěn)定工作。通常選擇TL431結合TLP521進行反饋。這時，TL431的工作原理相當于一個內部基準為2.5V的電壓誤差放大器，所以在其1腳與3腳之間，要接補償網(wǎng)絡。TL431是三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管開關電源中光耦的作用
常見的光耦反饋第1種接法，如圖1所示。圖中，Vo為輸出電壓，Vd為芯片的供電電壓。com信號接芯片的誤差放大器輸出腳，或者把PWM芯片(如UC3525)的內部電壓誤差放大器接成同相放大器形式，com信號則接到其對應的同相端引腳。注意左邊的地為輸出電壓地，右邊的地為芯片供電電壓地，兩者之間用光耦隔離。圖1所示接法的工作原理如下：當輸出電壓升高時，TL431的1腳(相當于電壓誤差放大器的反向輸入端)電壓上升，3腳(相當于電壓誤差放大器的輸出腳)電壓下降，光耦TLP521的原邊電流If增大，光耦的另一端輸出電流Ic增大，電阻R4上的電壓降增大，com引腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減??；反之，當輸出電壓降低時，調節(jié)過程類似。開關電源中光耦的作用常見的第2種接法，如圖2所示。與第1種接法不同的是，該接法中光耦的第4腳直接接到芯片的誤差放大器輸出端，而芯片內部的電壓誤差放大器必須接成同相端電位高于反相端電位的形式，利用運放的一種特性——當運放輸出電流過大(超過運放電流輸出能力)時，運放的輸出電壓值將下降，輸出電流越大，輸出電壓下降越多。因此，采用這種接法的電路，一定要把PWM芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上，且必須是同向端電位高于反向端電位，使誤差放大器初始輸出電壓為高。圖2所示接法的工作原理是：當輸出電壓升高時，原邊電流If增大，輸出電流Ic增大，由于Ic已經(jīng)超過了電壓誤差放大器的電流輸出能力，com腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減??；反之，當輸出電壓下降時，調節(jié)過程類似。
常見的第4種接法，如圖4所示。該接法與第2種接法類似，區(qū)別在于com端與光耦第4腳之間多接了一個電阻R4，其作用與第3種接法中的R6一致，其工作原理基本同接法2。
2、各種接法的比較在比較之前，需要對實際的光耦TLP521的幾個特性曲線作一下分析。首先是Ic-Vce曲線，如圖5，圖6所示。開關電源中光耦的作用
由圖8可以看出，在If大于5mA時，Ic-Ta曲線基本上是互相平行的。
根據(jù)上述分析，以下針對不同的典型接法，對比其特性以及適用范圍。本研究以實際的隔離半橋輔助電源及反激式電源為例說明。第1種接法中，接到電壓誤差放大器輸出端的電壓是外部電壓經(jīng)電阻R4降壓之后得到，不受電壓誤差放大器電流輸出能力影響，光耦的工作點選取可以通過其外接電阻隨意調節(jié)。按照前面的分析，令電流If的靜態(tài)工作點值大約為10mA，對應的光耦工作溫度在0～100℃變化，值在20～15mA之間。一般PWM芯片的三角波幅值大小不超過3V，由此選定電阻R4的大小為670Ω，并同時確定TL431的3腳電壓的靜態(tài)工作點值為12V，那么可以選定電阻R3的值為560Ω。電阻R1與R2的值容易選取，這里取為27k與4.7k。電阻R5與電容C1為PI補償，這里取為3k與10nF。實驗中，半橋輔助電源輸出負載為控制板上的各類控制芯片，加上多路輸出中各路的死負載，最后的實際功率大約為30w。實際測得的光耦4腳電壓(此電壓與芯片三角波相比較，從而決定驅動占空比)波形，如圖9所示。對應的驅動信號波形，如圖10所示。圖10的驅動波形有負電壓部分，是由于上、下管的驅動繞在一個驅動磁環(huán)上的緣故?？梢钥闯?，驅動信號的占空比比較大，大約為0.7。
同樣，對于上面的半橋輔助電源電路，用接法2代替接法1，閉環(huán)不穩(wěn)定，用示波器觀察光耦4腳電壓波形，有明顯的振蕩。光耦的4腳輸出電壓(對應于UC3525的誤差放大器輸出腳電壓)，波形如圖11所示，可發(fā)現(xiàn)明顯的振蕩。這是由于這個半橋電源穩(wěn)態(tài)占空比比較大，按接法2則光耦增益大，系統(tǒng)不穩(wěn)定而出現(xiàn)振蕩。
實際上，第2種接法在反激電路中比較常見，這是由于反激電路一般都出于效率考慮，電路通常工作于斷續(xù)模式，驅動占空比比較小，對應光耦電流Ic比較大，參考以上分析可知，閉環(huán)環(huán)路也比較容易穩(wěn)定。
以下是另外一個實驗反激電路，工作在斷續(xù)模式，實際測得其光耦4腳電壓波形，如圖12所示。實際測得的驅動信號波形，如圖13所示，占空比約為0.2。
因此，在光耦反饋設計中，除了要根據(jù)光耦的特性參數(shù)來設置其外圍參數(shù)外，還應該知道，不同占空比下對反饋方式的選取也是有限制的。反饋方式1、3適用于任何占空比情況，而反饋方式2、4比較適合于在占空比比較小的場合使用。3、結束語本研究列舉了4種典型光耦反饋接法，分析了各種接法下光耦反饋的原理以及各種限制因素，對比了各種接法的不同點。通過實際半橋和反激電路測試，驗證了電路工作的占空比對反饋方式選取的限制。最后對光耦反饋進行總結，對今后的光耦反饋設計具有一定的參考價值。開關電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號和開關作用。開關電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級電壓提供的，當輸出電壓低于穩(wěn)壓管電壓是給信號光耦接通，加大占空比，使得輸出電壓升高；反之則關斷光耦減小占空比，使得輸出電壓降低。旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控制著開關電路不能起振，從而保護開關管不至被擊穿燒毀。
通常光耦與TL431一起使用。下面是LED電源驅動芯片(開關電源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG03655的部分電路。兩電阻串聯(lián)取樣到431R端與內部比較器進行比較。然后根據(jù)比出的信號再控制431K端(陽極接光耦那一端)對地的電阻，然后達到控制光耦內部發(fā)光二極管的亮度。(光耦內部一邊是一發(fā)光二極管，一邊是一光敏三極管)通過發(fā)光的強度?？刂屏硪欢巳龢O管的CE端的電阻也就是改變了led電源驅動芯片(開關電源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365檢測腳的電流（1腳：電壓反饋引腳，通過連接光耦到地來調整占控比）。根據(jù)電流的大小，led電源驅動芯片(開關電源芯片)TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365就會自動調整輸出信號的占空比，達到穩(wěn)壓的目的。
TMG0321/TMG0165/TMG0265/TMG0365芯片是一款高集成度、高性能的PWM＋MOSFET管二合一的電流型離線式開關電源控制器。適用于充電器、電源適配器、LED驅動電源等各類小功率的開關電源。采用DIP8封裝，無需加散熱器可輸出0～36W的功率（加散熱可以做到更大）。電路結構簡單，成本低。具有完善的保護功能，包括過壓、欠壓、過溫、過載及短路等保護。固定振蕩頻率及抖頻功能，可以降低EMI。待機功率低，在待機時進入跳周期模式，符合“能源之星”等待機功耗標準要求。
