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  [组图]改进的光耦电路可降低LED电流并防止老化           ★★★ 【字体:
改进的光耦电路可降低LED电流并防止老化
作者:Peter De…    文章来源:电子设计技术    点击数:    更新时间:2008-4-9    

 

 

 

 

 

 光耦似乎能在不同地电势工作的电路之间实现简单的直流隔离,但这只是表面现象。光耦会从被隔离电路上吸取电能,转换相对缓慢,并且具有LED老化的不确定性。现在有一些不用光耦的替代品,如Analog Devices公司的ADUM12xx或德州仪器公司的ISO72x。本设计实例将描述一种光耦的简单改进方法。

图1用光耦在不同地电势的电路之间建立直流隔离的办法看似简单实际情况却并非如此光耦会从隔离电路中吸取能量开关速度相对缓慢并有LED老化的不确定性


  图1是两个常见的0 V交流同步设计。它试图通过相应增加光耦的负载电阻值,以降低光耦的LED电流,从而减少隔离电路的功耗,但结果是较慢和更不确定的开关速度。为实现较快而干脆的开关,就必须牺牲电源效率;不过,这种牺牲获得的优点也是有限的,因为电源效率与交流电压强度呈反向关系。

  如光耦在几乎所有 AC周期中均连续发光超过标称值,会导致低的电源效率,以及光耦相对快速的老化。一个更大的缺点是过大并且几乎无法控制的过零失真,因为电路的灵敏度阈值依赖于光耦的参数。图1中的设计并未提供一种理想的方案。至于效率,根据光耦的电流传输比与AC波幅,它们吸入的电流为5mA~100mA。

  图2中的设计解决了过高功耗、不确定开关与LED老化的问题,因此非常适合于宽AC范围的应用。与图1中的电路相比,图2的LE

D只在接近于零交越点时才发光,并从以前充电的电容中获得能量,因此能将平均电流降低十分之一至百分之一。该设计亦提供更快、更确定和更陡的转换。此外,也减缓了可预期的LED老化问题。图1中的电阻R1与R2的热耗不到1.5 W,因此将它们更换为0.1 W器件可以在相同电路板面积上放置更多元件(图2)。

  电路的主要元器件包括波幅探测器D1、电容C1和施密特触发器Q1/Q2,用于控制通过光耦LED的电流。D2和D3用于稳定Q2的基极电压,同时也稳定了启动光耦的集电极电流。电容C1通过R1、R2和D1充电。

图2本电路解决了过多功耗不确定开关速度以及LED老化等问题
  在几乎所有交流周期内,除接近零交越点以外,Q1都是on,而Q2为off。因此,接近零交越点时,施密特触发器Q1与Q2的状态翻转,Q2使电容C1恒流放电,因为由Q2、D2、D3、R5和R6构成的电路将电流稳定在I =  (2 × VD - VBE2) / R6,其中VD是在D2或D3上的压降,而VBE2为Q2的基射电压。

图3本设计的另一种变型表示如何在不要求D1最小反向电流情况下的方法


  施密特触发器有天生的迟滞效应,而有些应用不需要这种迟滞,图3就是这样一种设计。它亦表示了在不要求D1最小反向电流时的方法。但这个电路最适用于纯同步和非可控硅控制。由于LED电流的稳定性,这些设计扩展了交流输入电压范围,可能对多种交流供电的小产品很有用;并且是一个设定 LED电流,又没有LED过载的风险;并且也减少了对光耦稳定性的影响。这些设计的一个更大的优点是,它们自身就具有更安全的特性。如遇端子短路情况,隔离与非隔离两侧之间的电流比图1电路能小十分之一至百分之一。光耦亦有优点。由于低占空比,可以自由减少光耦负载电阻R8的值,而不会损失电源效率。这种减小可获得低的零交越错误。

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