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开关电源反馈光耦的选择

 

光耦在开关电源中应用非常的常见,它是起到一个原副边的信号传输,并且能有效隔离原副边的元器件,当然能传递信号并且有隔离作用的元器件很多,但光耦是一个价格便宜并且外围电路简单的特点,因为要隔离原副边,所以一般开关电源中的光耦的耐压是要选择5000V(有效值)。

 

光耦首先是分线性光耦与非线性光耦,在我们开关电源中做反馈用的光耦是线性光耦,比如PC817,对于PC817的话,有A档、B档、C档、D档之分

 

这些档位其实是根据CTR(传输比)来分类的。

 

CTR是描述光耦控制特性的参数,也就是副边的Ic电流与原边的输入IF电流的百分比。

 

具体的参数见下面的表格:

 

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从上面的表格来看,每一个档位的CTR都是在一定范围内的,比如A档是80%-160%,这个范围的变化是根据不同的IF电流所得来的,根据PC817A的规格书,我们能看到一个关于IF电流与传输比的曲线图。他的传输比是随电流IF变化而变化的,最大的传输比是在10-20mA之间的电流,而开关电源的反馈电流一般是非常小的。一般都是在1-2mA之内。

 

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那么我们在设计开关电源的时候要先确定好光耦IC的电流,一般IC电流是芯片的FB脚所能流出的最大电流,下面我们来实际计算下。

 

如下面的图,典型的TL431+PC817 的应用图。

 

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光耦的CTR与R1、R2、R3怎么去选取。

 

首先要确定好Fb脚的最大的IC电流,假设IC最大电流是1mA,Vo是5V,因为光耦的发光二极的Vf压降一般是1-1.4V之间,R3的作用是在光耦没有导通的时候需要给TL431提供一个1mA的启动电流,所以R3的电阻的选取是Vf除TL431的启动电流  1V÷1mA=1K,当Fb脚需要流过最大电流的时候,光耦原边二极管上面需要的电流If就是IC/CTR=If,那么这里的CTR是一个范围,而不是一个非常准确的数字,比如我们用PC817A,CTR是80%-160%,所以说在计算的时候要用最小的CTR  80%去计算。

 

根据传输比的定义CTR= Ic÷If,If=IC÷CTR=1mA÷80%=1.25mA,又因为光耦的传输比 80%与160%是在25℃环境温度下的参数,而光耦在不同温度下面CTR是变化的,看下面温度与传输比的曲线图,当光耦温度到100℃的时候CTR只有原来的60%,也就是25℃的时候CTR是80%,到100℃的时候变成了80%×60%=48%。

 

那么根据最高温度100℃的传输比来计算上面的If=IC÷CTR=1mA÷48%≈2.1mA了,在实际计算的时候还要流有一定的余量,所以根据上面的计算的话,我们If电流要大于2.1mA,一般是计算值的1.3-1.5倍电流就可以了,我们假设1.3倍的电流,2.1mA×1.3=2.73mA。

 

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根据上面的计算,我们光耦的原边的电流最大是2.73mA,然后我们在去看光耦在100℃下面的最大If电流,如果下面的图,光耦在100℃的时候最大的If是18mA,我们实际最大电流是小于3mA,留有非常大的余量。那么因为光衰引起的问题完全可以不用去考虑。

 

那么R2=(5-2.5-1.4)÷(2.73+1)=295Ω,所以我们实际取值的时候可以取240Ω。


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