光耦隔离电路的CTR参数设计.docx

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1、光耦隔离电路的CTR参数设计目录1 .光耦最重要的参数CTR12 .开关电源常用的反馈电路与光耦CTR值对开关电源的影响32.1. 常用的四种基本反馈类型32.1. 1.基本反馈电路42.1.2.改进型基本反馈电路42.1.3.配稳压管的光耦反馈电路42.1.4.配TL431的精密光耦反馈电路52. 2.开关电源相关重要参数52. 3.光耦选取原则73,光耦隔离电路的CTR参数设计71.光耦最重要的参数CTR光电耦合器简称光耦，它相当于带隔离功能的三极管，其原理也可以参考三极管特性。主要用来实现输入和输出的隔离和电平转换等。首先来认识一下光耦，如下图原边输入信号VIN,加到原边的发光二极管和R

2、1上产生光耦的输入电流iF, iF驱动发光二极管，使副边的光敏三极管导通，回路VCC、R2产生iC, iC经过R2产生Vout,达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足IcWfCTR。所以，光耦最重要的参数就是CTR,CTR可以理解为增益、放大倍数等。用公式表示：CTR=iC/iF*100%光耦分为两种：一种为非线性光耦，CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号，适合于开关信号的传输。另一种为线性光耦。CTR4F特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比（ACTR二AIC/AIF）很接近于直流

3、电流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系O开关电源反馈回路中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏。在计算光耦参数的过程中，需要注意查看规则书：以PC817为例查看VF、Vee、CTR的值 roi IV 5VUOIIUN Electro-optical Characteristics (Ta= 25C)|PanimeterSymbolConditionsMIN.TYP.MAX.Unit| Forward voltageVFIf= 20mA1.21.4V 1Peak forward voltageVinIim = 0.5A3.0

4、VInputReverse current1rVr = 4V10PATerminal capacitanceCiV=0, f= I kHz30250pFOutputCollector dark current1CEOVce=20VIO-_A_Current transfer ralioCTRh = 5mA, Vo：= 5V50600Collector-eminer saturation voiugeIf = 20mA, 1 c= 1mA0.10.2VVF代表的是光耦导通的时候，原边的压降典型值为1.2V；副边Vee的三极管导通压降是0.2V；25时，光耦的CTR是确定的，IF=5mA, Vce

5、=5V时，确定的值是50%600%。也就是放大倍数在0.56倍。我们计算的时候，只能按照最低的50%使用。初步选定原边电流IF假设光耦的副边是连接GPIO,所需的驱动电流忽略不计，图1中的R2主要当做上拉电阻使用，就按照常规的5.1K选择。IC= （VCC-Vce） /R2= （3.3V-0.2V) /5.1K=0.607mA；根据光耦可靠导通的需求：IcWfCTR,所以0.607mAI产50%；可以推算出If21.21mA。CTR与温度的关系曲线图Fig. 7 Relative Current Transfer Ratio vs.Ambient Temperature150I5mA=5VIf

6、 -VCE -10()5025050750-30100Ambient temperature T a ()假设产品工作温度为最高70度，根据上图，估算CTR大概需要降额系数为 0.8。所以，根据 IcWlF*CTR,得 IF2IC/ (0.8*CTRmin) =0.607/(0.8*50%) =1.518mA2.开关电源常用的反馈电路与光耦CTR值对开关电源的影开关电源是闭环控制电路，所以输出反馈必不可少。这个反馈是指将输出电压通过某种形式，反馈给控制电路中的误差放大器输入端，与基准电压进行比较。开关控制电路的形式，可以有千万种，但反馈电路只有四种基本类型。2.1.常用的四种基本反馈类型2.

7、1. 1.基本反馈电路基本反馈电路这种反馈电路的优点是电路简单、成本低廉，适用于小型化、经济型的开关电源。缺点是稳压性能较差，电压调整率Sv=1.5%土2%,负载调整率Sl5%。春本反馈生路2.1. 2.改进型基本反馈电路这种反馈电路只是在基本反馈电路的基础上增加一只稳压管VDz和电阻R1,负载调整率将达到2%。这种类型的反馈电路，VDz的稳压值一般为22V,需适当增加反馈绕组的匝数，提高反馈电压UFB,才能满足电路的需要。2.2. 3.配稳压管的光耦反馈电路配稳压管的光耦反馈电路这种反馈电路由VDz提供参考电压Uz,当U。发生变化时，在LED上可反映出误差电压的变化，光耦有一定的电压或者电流

8、放大作用，这种电路相当于附属增加一个外部误差放大器，与内部误差放大器共同作用，增大了误差放大器的增益指数，使得控制器对输出电压的变化变得更敏感，它可使负载调整率达到1%以下。开关控制电路十Ctn!J第10页共9页2. 1. 4.配TL431的精密光耦反馈电路配TL431的精密光耦反馈电路这种反馈电路比较复杂，但电压稳定性能最好。利用TL431可调式精密并联稳压器来代替稳压管，构成高灵敏度外部误差放大器，对U。作精细调整，让电压调整率和负载调整率都达到0.2%,能与线性稳压电源相媲美。这种反馈电路常用于精密开关电源。2. 2.开关电源相关重要参数CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值。

9、隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值。光耦的技术参数：主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、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）。止匕外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。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什么时候导通?什么时候截至?普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比（CTR

10、二AIC/AIF）很接近于直流电流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%300%（如4N35）,而pc817则为80%160%,台湾亿光（如EL817）可达50%600%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时，必须遵循下列

11、所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压的标准；由台湾亿光生成生产的EL817系列（如EL817BF、EL817C-F）光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号（高、低电平），可以用于单片机的输出隔离；所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。豆奈人年茗2. 3.光耦选取原则在开关电源的隔离中，以及设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，除了必须遵循普通光耦的选取原则外，还必须遵循下列原则：1、推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。2、光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是

12、50%200%。这是因为当CTR50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF50mA),才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR200%,在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。3、若用放大器电路去驱动光电耦合器，必须精心设计，保证它能够补偿耦合器的温度不稳定性和漂移。以下是常见光电耦合器PC817系列的一些参数(仅供参考)：Model No.型号Rank mark等级标志电流传输比CTR (%)PC817AA80 to 160PC817BB130 to 260PC817CC200 to 400PC817DD300 to 600

13、PC8*7ABA或B80 to 260PCS *7BCB或C130 to 400PC8 *7CDC或D200 to 600PC8 7ACA:B 或 C80 to 400PC8 * 7BDB：C 或 D130 to 600PC8 * 7ADA,B,C 或 D80 to 600PCS *7A: B： C： D或无标记50 t0 600鼻大年驾3.光耦隔离电路的CTR参数设计提到隔离电路，我们想到的第一个元器件非光耦莫属了。而光耦最常见的应用就是信号隔离，因为它的输入侧和输出侧没有电气连接，它的输入端是一个光源，通常是一个LED,而次级端是一个光电晶体管。光电晶体管其实也是晶体管，但没有基极电流这将

14、使分析变得简单直接。我们一般使用光耦隔离电路用作电源反馈，比如AODC电路的输出反馈，或者用作隔离的逻辑输出控制。对于光耦而言，它最重要的参数就是CTR,中文名字叫电流传输比。如何理解CTR呢？其实可以把它和晶体管中的电流增益系数B相类比：CTR=Ic/If其中其中Ic和If分别是输出集电极和控制极正向电流。但是我们不能简单拿这个公式就去对光耦进行选型计算，原因是当光耦电路处于饱和状态时，我们用这个公式计算得到的集电极电流不再准确。在饱和状态时，集电极电流仅受集电极串联的电阻的限制为了使光耦电路饱和工作，电路实际工作的CTR必须小于器件CTRo所谓电路CTR是集电极与控制极正向电流之比，器件CTR是规格书中定义的电流传输比。当光耦工作在线性放大区时，这两者是相等的知道了 CTR的原理，所以当我