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        大功率直流電源光耦的技術參數

        文章出處:未知 人氣:發表時間:2020-08-27 19:23
        大功率直流電源光耦的技術參數主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發射極飽和壓降VCE(sat)。此外,在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。集電極-發射極電壓:集電極-發射極之間的耐壓值的小值光耦什么時候導通?什么時候截至?普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性,在IF較小時的非線性失真尤為嚴重,因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度,特別是在傳輸小信號時,其交流電流傳輸比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。
        因此,大功率直流電源適合傳輸模擬電壓或電流信號,能使輸出與輸入之間呈線。這是其重要特性。電流傳輸比是光耦合器的重要參數,通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時,它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。采用一只光敏三極管的光耦合器,CTR的范圍大多為20%~300%(如4N35),而pc817則為80%~160%,臺灣億光(如EL817)可達50%~600%。這表明欲獲得同樣的輸出電流,后者只需較小的輸入電流。因此,CTR參數與晶體管的hFE有某種相似之處。使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離,在設計電路時,必須遵循下列所選用的光電耦合器件必須符合國內和國際的有關隔離擊穿電壓的標準;由臺灣億光生成生產的EL817系列(如EL817B-F、EL817C-F)光耦合器。
        目前在國內應用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現開關特性,其線性度差,適宜傳輸數字信號(高、低電平),可以用于單片機的輸出隔離;所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數。在可調直流電源的隔離中,以及設計光耦反饋式可調直流電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數,除了必須遵循普通光耦的選取原則外,推薦采用線性光耦合器,其特點是CTR值能夠在一定范圍內做線性調整。光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%~200%。這是因為當CTR5.0mA),才能正??刂茊纹烧{直流電源IC的占空比,這會增大光耦的功耗。若CTR&gt;200%,在啟動電路或者當負載發生突變時,有可能將單片可調直流電源誤觸發。影響正常輸出。若用放大器電路去驅動光電耦合器,必須精心設計,保證它能夠補償耦合器的溫度不穩定性和漂移。
        變壓器飽和現象是在高壓或低壓輸入下開機(包含輕載,重載,容性負載),輸出短路,動態負載,高溫等情況下,通過變壓器(和開關管)的電流呈非線性增長,當出現此現象時,電流的峰值無法預知及控制,可能導致電流過應力和因此而產生的開關管過壓而損壞。加強軟啟動,Vds的應力要求是惡劣條件(高輸入電壓,負載大,環境溫度高,電源啟動或短路測試)下,減小平臺電壓:減小變壓器原副邊圈數比。減小尖峰電壓:①減小漏感:變壓器漏感在開關管開通是存儲能量是產生這個尖峰電壓的主要原因,減小漏感可以減小尖峰電壓。②調整吸收電路:使用TVS管;使用較慢速的二極管,其本身可以吸收一定的能量(尖峰);插入阻尼電阻可以使得波形更加平滑。
        利于減小EMI。開關損耗太大,變壓器的寄生電容太大,造成MOSFET的開通、關斷電流與Vds的交叉面積大。解決辦法是增加變壓器繞組的距離,以減小層間電容,如同繞組分多層繞制時,層間加入一層絕緣膠帶(層間絕緣)。IC的很大一部分熱量依靠引腳導到PCB及其上的銅箔,IC應處于空氣流動暢順的地方,應遠離零件溫度太高的零件??蛰d、輕載不能啟動,Vcc反復從啟動電壓和關斷電壓來回跳動,是因為空載、輕載時,Vcc繞組的感應電壓太低,而進入反復重啟動狀態。增加Vcc繞組圈數,減小Vcc限流電阻,適當加上假負載。如果增加Vcc繞組圈數,減小Vcc限流電阻后,重載時Vcc變得太高,請參照穩定Vcc的辦法。重載時。
        Vcc繞組感應電壓較高,使Vcc過高并達到IC的OVP點時,將觸發IC的過壓保護,引起無輸出。如果電壓進一步升高,超過IC的承受能力,IC將會損壞。限流點太低:重載、容性負載時,如果限流點太低,流過MOSFET的電流被限制而不足,使得輸出不足。解決辦法是增大限流腳電阻,提高限流點。電流上升斜率太大:上升斜率太大,電流的峰值會更大,容易觸發內部限流保護。解決辦法是在不使變壓器飽和的前提下提高感量。Vcc在空載、輕載時不足。這種情況會造成空載、輕載時輸入功率過高,輸出紋波過大。輸入功率過高的原因是,Vcc不足時,IC進入反復啟動狀態,頻繁的需要高壓給Vcc電容充電,造成起動電路損耗。如果啟動腳與高壓間串有電阻。
        此時電阻上功耗將較大,所以啟動電阻的功率等級要足夠。電源IC未進入BurstMode或已經進入BurstMode,但Burst頻率太高,開關次數太多,開關損耗過大。調節反饋參數,使得反饋速度降低。輸出短路時,輸入功率太大,Vds過高。輸出短路時,重復脈沖多,同時開關管電流峰值很大,造成輸入功率太大過大的開關管電流在漏感上存儲過大的能量,開關管關斷時引起Vds高。Vcc重新上升到IC啟動電壓,這種方式發生時,限制可占空比,依靠Vcc下降到UVLO下限而停止開關動作,而Vcc下降的時間較長,即開關動作維持較長時間,輸入功率將較大。Vcc重新上升到IC啟動電壓,減少電流脈沖數,大功率直流電源使輸出短路時觸發反饋腳的OCP。
        可以使開關動作迅速停止工作,電流脈沖數將變少。這意味著短路發生時,反饋腳的電壓應該更快的上升,所以反饋腳的電容不可太大。減小峰值電流。輕載能夠啟動,啟動后也能夠加重載,但是重載或大容性負載情況下不能啟動。一般設計要求是無論重載還是容性負載(如10000uF),輸入電壓低還是低,20mS內,輸出電壓必須上升到穩定值。下面以容性負載C=10000uF為例進行分析,按規格要求,必須有足夠的能量使輸出在20mS內上升到穩定的輸出電壓(如5V)。E=0.5*C*V^2,電容C越大,需要在20mS內從輸入傳輸到輸出的能量更大。以芯片FSQ0170RNA為例如圖所示,陰影部分總面積S就是所需的能量。增大峰值電流限流點I_limit。
        可允許流過更大電感電流Id:將與Pin4相接的電阻增大,從內部電流源Ifb分流更小,使作為電流限制參考電壓的PWM比較器正輸入端的電壓將上升,即允許更大的電流通過MOSFET/變壓器,可以提供更大的能量。啟動時,增加傳遞能量的時間,即延長Vfb的上升時間(到達OCP保護點前)。在輸出空載或輕載時,關閉輸入電壓,輸出(如5V)可能會出現如下圖所示的電壓反跳的波形。輸入關掉時,5V輸出將會下降,Vcc也跟著下降,IC停止工作,但是空載或輕載時,巨大的PC電源大電容電壓并不能快速下降,仍然能夠給高壓啟動腳提供較大的電流使得IC重新啟動,5V又重新輸出,反跳。在啟動腳串入較大的限流電阻,使得大電容電壓下降到仍然比較高的時候也不足以提供足夠的啟動電流給IC。將啟動接到整流橋前,啟動不受大電容電壓影響。輸入電壓關斷時,啟動腳電壓能夠迅速下降。

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