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可编程直流电源中的光耦经典电路设计分析

来源:admin ??发布时间:2018-11-30 14:37

可编程直流电源(power supply)中的光耦经典电路设计分析(Analyse)光耦(opticalcoupler)亦称光电隔离器、光耦合器或光电耦合器。电池测试仪主要用于检测过电流、电压、容量、内阻、充电、放电温度、电池循环寿命,并给出曲线图。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光二极管发出光线,光敏三极管接受光线之后就产生光电流(Electron flow),从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换。典型应用电路如下图1-1所示。

光耦的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了前端与负载完全的电气隔离,输出信号对输入端无影响,减小电路干扰,简化电路设计,工作稳定,无触点,使用周期(lifetime)长,传输效率(efficiency)高。光耦合器是70年代发展起来的新型器件,现已广泛(extensive)用于电气绝缘(insulated)、电平转换、级间耦合、驱动(Driver)电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(relay)(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片可编程直流电源(power supply)中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制(control)端电流来改变占空比,到精密稳压目的。

光耦典型电路
常用于反馈(feedback)的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例,先容这类光耦的特性。图2-1所示为光耦内部结构(Structure)图以及引脚图。
TLP521的原边相当于一个发光二极管,原边电流(Electron flow)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(environment)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(use)这类光耦必须注意(attention)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。
通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时,TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器(输出的电压进行误差放大比较,然后将取样电压经过光电偶合器反馈控制脉宽占空比,到稳定(说明:稳固安定;没有变动)电压的目的),所以在其1脚与3脚之间,要接补偿网络。

TL431是由德州仪器生产的可控精密稳压源,实物如图2-3所示。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置(set up)到从2.5V到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中用它代替稳压二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,可编程直流电源等。图2-2所示为TL431引脚排列与使用连线图。

常见的光耦反馈第1种接法。蓄电池测试仪是专用于日常维护中对落后单体蓄电池处理的便携式产品,它具有三种独立的使用方式:电池放电方式,电池充电方式和电池活化方式。Vo为输出电压(voltage),Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚。注意左边的地为输出电压地,右边的地为芯片供电电压地,两者之间用光耦隔离。图2-3所示接法的工作(job)原理(Maxim)如下:当输出电压升高时,TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升,3脚(相当于电压误差放大器的输出脚) 电压下降,光耦TLP521的原边电流If增大,光耦的另一端输出电流Ic增大,电阻R4上的电压降增大,com引脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压降低时,调节过程类似。
高于反相端电位的形式,利用运放的一种特性—当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时,运放的输出电压值将下降(descend),输出电流越大,输出电压下降越多。蓄电池内阻测试仪又叫蓄电池内阻仪或蓄电池快速容量测试仪,是快速准确测量蓄电池健康状态和荷电状态以及连接电阻参数的便携式数字存储式测试仪器。因此,采用这种接法的电路,一定要把PWM(脉冲宽度调制)芯片(又称微电路)的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上,且必须是同向端电位高于反向端电位,使误差放大器初始输出电压为高。

图2-3所示接法的工作原理是:当输出电压升高时,原边电流If增大,输出电流Ic增大,由于Ic已经超过了电压误差放大器的电流输出能力,com脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压下降时,调节过程类似。
常见的第3种接法,如图2-4所示。与第一种基本相似,不同之处在于多了一个电阻R6,该电阻的作用是对TL431额外注入一个电流(Electron flow),避免TL431因注入电流过小而不能正常工作。实际上如适当选取电阻值R3,电阻R6可以省略。调节过程基本上同1接法一致。
常见的第4种接法,如图2-4所示。该接法与第2种接法类似,区别在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4,其作用与第3种接法中的R6一致,其工作原理基本同接法2。

反馈方式1、3适用于任何占空比(接通时间与周期之比)情况,而反馈方式2、4比较适合于在占空比比较小的场合使用。电池容量测试仪可以针对不同落后电池的实际情况,对落后电池进行容量试验,低压恒流充电,或设置多个循环周期对最小容量的电池作循环多次充放电,以激化电池极板失效的活性物质使电池活化,提升落后电池的容量。
小结
可编程直流电源(power supply)的光耦主要是隔离、提供反馈信号和开关作用。电池容量测试仪是专门针对蓄电池组进行核对性放电实验、容量测试、电池组日常维护、工程验收以及其它直流电源带载能力的测试而设计。采用最新的无线通讯技术,通过PC机监控App可对蓄电池放电过程进行实时监测,监控每节电池的放电过程。可编程直流电源电路(Electric circuit)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(reduce)。旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障(fault),就没有光耦电源提供,光耦就控制着开关电路不能起振,从而保护开关管不至被击穿烧毁。

  

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