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        大功率直流电源光耦的技术参数

        文章出处:未知 人气:发表时间:2020-08-27 19:23
        大功率直流电源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)。此外,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(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。
        因此,大功率直流电源适合传输模拟电压或电流信号,能使输出与输入之间呈线。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EL817B-F、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。在可调直流电源的隔离中,以及设计光耦反馈式可调直流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,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。光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。这是因为当CTR5.0mA),才能正常控制单片可调直流电源IC的占空比,这会增大光耦的功耗。若CTR&gt;200%,在启动电路或者当负载发生突变时,有可能将单片可调直流电源误触发。影响正常输出。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。
        变压器饱和现象是在高压或低压输入下开机(包含轻载,重载,容性负载),输出短路,动态负载,高温等情况下,通过变压器(和开关管)的电流呈非线性增长,当出现此现象时,电流的峰值无法预知及控制,可能导致电流过应力和因此而产生的开关管过压而损坏。加强软启动,Vds的应力要求是恶劣条件(高输入电压,负载大,环境温度高,电源启动或短路测试)下,减小平台电压:减小变压器原副边圈数比。减小尖峰电压:①减小漏感:变压器漏感在开关管开通是存储能量是产生这个尖峰电压的主要原因,减小漏感可以减小尖峰电压。②调整吸收电路:使用TVS管;使用较慢速的二极管,其本身可以吸收一定的能量(尖峰);插入阻尼电阻可以使得波形更加平滑。
        利于减小EMI。开关损耗太大,变压器的寄生电容太大,造成MOSFET的开通、关断电流与Vds的交叉面积大。解决办法是增加变压器绕组的距离,以减小层间电容,如同绕组分多层绕制时,层间加入一层绝缘胶带(层间绝缘)。IC的很大一部分热量依靠引脚导到PCB及其上的铜箔,IC应处于空气流动畅顺的地方,应远离零件温度太高的零件。空载、轻载不能启动,Vcc反复从启动电压和关断电压来回跳动,是因为空载、轻载时,Vcc绕组的感应电压太低,而进入反复重启动状态。增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻,适当加上假负载。如果增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻后,重载时Vcc变得太高,请参照稳定Vcc的办法。重载时。
        Vcc绕组感应电压较高,使Vcc过高并达到IC的OVP点时,将触发IC的过压保护,引起无输出。如果电压进一步升高,超过IC的承受能力,IC将会损坏。限流点太低:重载、容性负载时,如果限流点太低,流过MOSFET的电流被限制而不足,使得输出不足。解决办法是增大限流脚电阻,提高限流点。电流上升斜率太大:上升斜率太大,电流的峰值会更大,容易触发内部限流保护。解决办法是在不使变压器饱和的前提下提高感量。Vcc在空载、轻载时不足。这种情况会造成空载、轻载时输入功率过高,输出纹波过大。输入功率过高的原因是,Vcc不足时,IC进入反复启动状态,频繁的需要高压给Vcc电容充电,造成起动电路损耗。如果启动脚与高压间串有电阻。
        此时电阻上功耗将较大,所以启动电阻的功率等级要足够。电源IC未进入BurstMode或已经进入BurstMode,但Burst频率太高,开关次数太多,开关损耗过大。调节反馈参数,使得反馈速度降低。输出短路时,输入功率太大,Vds过高。输出短路时,重复脉冲多,同时开关管电流峰值很大,造成输入功率太大过大的开关管电流在漏感上存储过大的能量,开关管关断时引起Vds高。Vcc重新上升到IC启动电压,这种方式发生时,限制可占空比,依靠Vcc下降到UVLO下限而停止开关动作,而Vcc下降的时间较长,即开关动作维持较长时间,输入功率将较大。Vcc重新上升到IC启动电压,减少电流脉冲数,大功率直流电源使输出短路时触发反馈脚的OCP。
        可以使开关动作迅速停止工作,电流脉冲数将变少。这意味着短路发生时,反馈脚的电压应该更快的上升,所以反馈脚的电容不可太大。减小峰值电流。轻载能够启动,启动后也能够加重载,但是重载或大容性负载情况下不能启动。一般设计要求是无论重载还是容性负载(如10000uF),输入电压低还是低,20mS内,输出电压必须上升到稳定值。下面以容性负载C=10000uF为例进行分析,按规格要求,必须有足够的能量使输出在20mS内上升到稳定的输出电压(如5V)。E=0.5*C*V^2,电容C越大,需要在20mS内从输入传输到输出的能量更大。以芯片FSQ0170RNA为例如图所示,阴影部分总面积S就是所需的能量。增大峰值电流限流点I_limit。
        可允许流过更大电感电流Id:将与Pin4相接的电阻增大,从内部电流源Ifb分流更小,使作为电流限制参考电压的PWM比较器正输入端的电压将上升,即允许更大的电流通过MOSFET/变压器,可以提供更大的能量。启动时,增加传递能量的时间,即延长Vfb的上升时间(到达OCP保护点前)。在输出空载或轻载时,关闭输入电压,输出(如5V)可能会出现如下图所示的电压反跳的波形。输入关掉时,5V输出将会下降,Vcc也跟着下降,IC停止工作,但是空载或轻载时,巨大的PC电源大电容电压并不能快速下降,仍然能够给高压启动脚提供较大的电流使得IC重新启动,5V又重新输出,反跳。在启动脚串入较大的限流电阻,使得大电容电压下降到仍然比较高的时候也不足以提供足够的启动电流给IC。将启动接到整流桥前,启动不受大电容电压影响。输入电压关断时,启动脚电压能够迅速下降。

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