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光耦的死区补偿电阻的作用

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sinasun|  楼主 | 2023-5-10 20:28 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在开关电源中,尤其是交流转直流的电路。原副边需要隔离,次级的信号都是通过光耦传递给原边。开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压提供的,当输出电压低于稳压管电压是给信号光耦接通,加大占空比,使得输出电压升高;反之则关断光耦减小占空比,使得输出电压降低。下图这种光耦加三端稳压源TL431的组合会广泛用于开关电源控制系统的搭建,这种组合并联调节器被认为是拥有和运算放大器类似的特征,其输出信号特征类似跨导放大器,并联调节器是小信号响应表明它是个有很小跨导增益的压控电流源,输出阻抗是个等效电容。
尽管大多数电路不会在光耦PC8171脚和2脚之间经常并联一个电阻R1,称为偏置电阻。但该偏置电阻对于系统的稳定性很重要。要了解这个电阻的作用,就需要先理解三端稳压源TL431的工作原理。从TL431的等效电路图可知,其是集电极开路输出(也就是OC门)。
TL431正常工作就还需要一个上拉电阻到电源,在其输出K端才能输出高电压,同时也为内部提供工作电流。一般TL431的工作电流是从1mA100mA不等。只要TL431内部运放同相REF端电压小于反相端,固定参考电平Vref,内部的三极管都将截止(比如刚上电,输出过载,采样电阻异常,环路响应慢等等问题。,都会导致同相端电压低于反相端电压)。所以TL431K端就无电流,也就导致光耦PC817截止。进而就会让TL431无法得到最小工作电流。此时光耦PC817TL431都进入死区,这种情况都是不希望看到。为了保证光耦PC817TL431都正常工作,就要使用偏置电阻R1,这个电阻取值合适,就不会造成同相端电压低于反相端电压,也就不至于TL431内部的三极管截止,从而堵死光耦。
偏置电阻R1通过影响直流工作点,从而严重影响整个电源电路的动态性能。这也就说明偏置电阻的阻值大小严重影响输出电压的稳定性。
上文提到,TL431工作需要偏置电流,从规格书中可知,至少需要0.6mAPC817的次级电流受到光耦的电流传输比制约,由于光耦参数的离散型,电流传输比在较大的范围内变化,尤其是光耦原边电流小的时候,电流传输比变化更大。因此在输出负载变化范围大,从轻载向重载变化的时候,PC817的原边光敏二极管电流变化范围大,导致光耦次级电流也变化很大,很有可能提供不了足够的电流供给TL431,也就导致偏置不合适,不能满足TL431正常工作的各项指标,会使得环路增益降低,进而增加转换器的输出阻抗,直流输出误差偏大。
但是增加了偏置电阻R1就可以解决TL431工作所需要偏置电流,这个偏置电阻是在最差情形最重负载情形下计算得到的,光耦能提供的电流最小。对于R1的取值设计,当PC817发光二极管典型工作电压为1.2VTL431工作需要偏置电流为0.6mA,因此R1=1.2V/0.6mA=2K

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