光電耦合器在開關電源技術中的應用

時 勇，蔣曉冬，劉承鑫，沙 斌

（國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499）

0 引 言

在開關電器中，光電耦合器（Optical Coupler，OC）十分常見，其可以具體劃分為線性和非線性兩類，不同種類的光電耦合器在電流傳輸特點和用途等方面存在一定差異。通常情況下，線性光電耦合器輸送電流的形式為直線式，信號的穩定性較差，而非線性光電耦合器的作用主要是傳遞開關信號。為此，在實際的應用過程中必須要結合現實需求選擇合理的光電耦合器類型，以此提升電源的負載能力。

1 光電耦合器的工作原理

在電信號的傳輸中，光作為一種載體發揮著至關重要的作用，光電耦合器不僅能夠確保信號傳輸的穩定性，還具備了適用范圍廣的特點。光電耦合器的類型多樣，能夠在不同需求下為開關電源技術提供強力支撐，主要由發射器、接收器以及信號放大裝置等組成，依托于各個設備器件共同作用，以此實現電信號的有效傳播。事實上，在電信號的輸出過程中，本身受到的外界干擾因素較少，且具有一定的絕緣效果[1]。

2 開關電源常見的光電耦合器反饋接法

開關電源中光電耦合器的反饋接法如圖1所示。

圖1 光電耦合器反饋接法圖

圖中，Uo表示輸出電壓，Ud表示供電電壓，com表示誤差放大器輸出腳。光電耦合器隔離的左右兩側分別為輸出電壓地和芯片供電電壓地[2]。

3 光電耦合器TLP521特性曲線分析

光耦反饋接法比較前，需要對光耦特性曲線分析，特性曲線如圖2所示。

圖2 光電耦合器特性曲線

立足于不同連接方式，分析多方面影響因素，深刻了解光電耦合器的作用，并把握其在不同情境下的應用可行性。針對反饋接法來說，其位置是動態化的，實際的選擇較為自由，在應用過程中外接電阻具有至關重要的作用[3]。

4 開關電源光電耦合器的選型

在設計的時候，設計人員應多方面考慮影響因素，確保開關電源的實用性和安全性。結合現實需求，合理選擇型號，并合理調整參數，可以依據如下原則。（1）確保電流傳輸比在合理范圍內。當CTR低于50%時，應在光電耦合器中調節參數，使得工作電流增大，以此減少能耗。如果啟動電路發生改變或者負載出現變化以及有不同程度的外接干擾信號，則可能造成開關電源誤觸發，給正常的輸出工作造成影響[4]。（2）電流傳輸比可做線性調整。選擇線性光電耦合器時，其電流傳輸的比值可以結合現實需求做出調整。處于不同的工作環境之下，設計人員可通過改變系統參數，有效保證電路輸出的可靠性。目前，4N系列光電耦合器大部分都呈現開關特性，線性度較差，在使用過程中雖然能夠滿足相關要求，如傳輸數字信號高、低電平，但是可靠性較低。（3）與編碼器匹配。PLC或者控制器的高速計數口有的只能接收PNP信號，所以必須要讓二者的計數口相匹配，這樣才能確保信號接收的暢通順利[5]。

5 電路中光電耦合器的影響因素及解決措施

5.1 影響因素

5.1.1 溫 度

光電耦合器屬于電流轉移器件，在光電流的控制下，它和雙極型晶體管在輸出特征方面幾乎一致，兼具電隔離功能，可以將其作為放大器使用。與此同時，其線性工作范圍覆蓋面積較小，在不同的溫度變化下，發射的電流系數也不一樣。

5.1.2 電 容

光電耦合器在實際使用過程中必須要充分考慮電容帶來的影響，若不加以考慮，則開關電源技術在具體的應用過程中就會出現或多或少的問題，如速度減慢和靈敏度降低等[6,7]。

5.2 消除措拖

5.2.1 采用負反饋電路消除溫度影響

由于靜態操作與晶體管放大電路之間存在一定的聯系，因此工作人員需在把握二者關系的基礎上實施溫度控制，確保溫度數值處于穩定狀態。通過使用負反饋電路使得共發射極電流傳遞系數得到改變時，集電極反向飽和電流也會相應改變。

5.2.2 采用負反饋電路消除電容影響

設計人員可以在合適的位置上增加正反饋電路，并適當提高導通電壓，有效縮減開關時間，消除電容帶來的負面影響，使開關電源器件更加靈敏。

6 開關電源中光電耦合器的應用

在開關電源技術的應用過程中，為了充分發揮光電耦合器的效用，工作人員必須要充分把握二者的應用原理，結合現實需求展開分析，發揮光電耦合器的優勢，以此降低外界干擾因素，為其優質化應用提供良好的條件。如果高頻變壓器二次負載過載，或者是開關電路工作不夠順利，則光電耦合器不能正常工作。從另一個角度來說，一旦光電耦合器電源非正常運行，則起振現象僅在理論層面顯現，開關光源技術實踐中難以提高起振有效性。光電耦合器可以將光信號轉換為電信號進行傳輸，輸入端為發光二極管。工作人員在總結分析光電耦合器的輸入特性時，可以先描述發光二極管的伏安特性，再總結光電耦合器的輸入規律，以此提高分析結果的準確性。光電耦合器的輸出端為光敏三極管，可以根據其伏安特性推理得出光耦輸出端的輸出特性。

光耦的工作區域細分為多種類型，在不同工作區域的效能有顯著差異。確認存在非線性工作區后，直接用于傳輸模擬量，精度較差。綜合分析兩個光電耦合器（T1、T2）和兩個射極跟隨器（A1、A2），如果二者同型號同批次，則T1和T2的非線性傳輸特性相同，即K1(I1)=K2(I1)[8,9]。

7 光電耦合器在開關電源技術應用的前景及未來趨勢

電子技術的飛速發展，使得開關電源技術水平得到不斷提升。開關電源由脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）控制IC和MOSFET組成，為了確保開關電源技術在實際的應用中處于穩定，光電耦合器是不可忽視的一環。在未來的發展趨勢中，配合智能化技術，開關電源的特點會逐漸演化為小型化、輕量化以及便攜式。要想在保證電流電壓傳輸穩定的基礎上，進一步擴大其應用范圍，設計人員就應站在用戶角度上，充分分析相關影響因素，發揮出光電耦合器的應用優勢，推動開關電源技術的正向發展，從而推動應用更加智能化，提升用戶滿意度。與此同時，設計人員還要采取有效措施，提高功率密度和電源轉換效率等，促使光電耦合器朝著高速化與高性能的方向發展[10]。

8 結 論

光電耦合器不僅在電路中起著隔離作用，還能保護開關管。為此，光電耦合器作為開關電源電路中的重要組成，通過深入探討和把握其應用原理和影響因素，充分了解其優勢，并加大對其應用實踐的探索，對于未來的應用具有重要意義。