光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离。光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起。光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接,主要是防止因有电的连接而引起的干扰,特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。
光耦的主要构件是发光器件和光敏器件,发光器件一般都是IRLED,而光接受器件有光敏二极管、光敏三极管、达林顿管、光集成电路等类型,在高频开关电源中,对光耦的响应速度要求很高,故一般采用响应较快的高速型,延迟时间在500nS以内。用于模拟信号或直流信号传输时,应采用线性光耦以减小失真,而传输数字开关信号时,对其线性度的要求不太严格。
①隔离电容:一般要求小于1PF
②直流电流传输比CTR:一般为20%--300%,越接近常数则线性越好,其大小反映光耦的传输能力
③输入输出间的绝缘电压Viso(典型值:1—10KV) 和绝缘电阻Riso (典型值:1011--1012Ω)
④饱和压降VCES:一般小于0.4V
⑤响应速度:一般用tPHL和tPLH表示
光耦隔离的优点
① 占空比任意可调;
② 隔离耐压高;
③ 抗干扰能力强,带静电屏蔽的光耦很容易买到,强弱电之间的隔离性能很好,另外,光耦属电流型器件,对电压性噪声能有效地抑制;
④ 传输信号范围从DC到数MHz,其中线性光耦尤其适用于信号反馈。
光耦隔离的缺点
① 在全桥拓扑中,开关器件为4个,需3—4个光耦,而每一光耦都需独立电源供电,增加了电路的复杂性,成本增加,可靠性降低;
② 因光耦传输延迟较大,为保证开关器件开通与关断的精确性,必须使各路的结构参数一致,使各路的延迟一致,而这往往难以做得很好;
光耦的开关速度较慢,对驱动脉冲的前后沿产生较大延时,影响控制精度。
常用于反馈的光耦型号有TLP521、pc817等。这里以TLP521为例,介绍这类光耦的特性。
TLP521的原边相当于一个发光二极管,原边电流If越大,光强越强,副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数,该系数随温度变化而变化,且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈,因此在环境温度变化剧烈的场合,由于放大系数的温漂比较大,应尽量不通过光耦实现反馈。此外,使用这类光耦必须注意设计外围参数,使其工作在比较宽的线性带内,否则电路对运行参数的敏感度太强,不利于电路的稳定工作。
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