改进光耦电路 减少电流消耗 延缓LED老化

有不同潜路工作的电路中,用光耦建立电流隔离看上去似乎很简单。光耦从隔离电路中获取能量,由于led老化,开关相对慢且不稳定。若不用光耦,可使用如analog devices公司的adum12xx或texas instruments 公司的iso72x替代。本设计方案阐述了一个简单改进光耦电路的方法。 图1显示了两个通用的0v同步交流设计。通过光耦负载电阻的减少,开关变得更慢更不确定,但减少了光耦的led电流,尝试减少隔离电路中的能量消耗。为实现更快更迅速的开关,将不得不牺牲能量效率;然而,由于能量效率和交流电压大小的反向关系,这个牺牲的好处是有限的。
光耦的led在近似全交流循环过程中超乎寻常的几乎连续发光,导致功耗效率低,且使光耦老化得相对较快:一个显著的缺点是过原点误差过大且几乎不可控;电路的灵敏度范围依*光耦的参数。图1的设计不是一个理想方案。就效率而言,依*光耦的电流转换率和交流幅值,它们能输出5到100 ma。
图2的设计克服了能耗过大、不确定开关和led老化的问题。它非常适用于宽交流范围的应用。与图1的电路相比,图2的led只在过原点附近发光,且由前置充电电容接收能量,所以通过10到100的因数减少平均电流消耗。设计也提供更快、更确定和更敏锐的开关。更甚者,希望延缓led老化。图1中电阻r1和r2消耗的热功率不小于1.5w,所以在同一电路板区域用0.1w设备替换外部器件(图2)。
电路的主要部分由幅值检波器d1、电容c1和schmitt触发器q1/q2组成,控制流过光耦的led电流。d2和d3稳定q2的基电压,从而其集电极电流驱动光耦。电容c1通过r1、r2和d1充电。
几乎所有交流周期中,除了过原点附近,q1为开,q2为关。然后,接近过原点时,
schmitt触发器q1和q2的状态改变,q2以恒定的电流卸放电容c1,因为由q2、d2、d3、r5和r6组成的电路按i=(2×vd–vbe2)/r6稳定电流,在这里vd为d2或d3上的电压降,vbe2为q2的基射极电压。
一些应用不需要schmitt触发器固有的磁滞性;图3显示了这样的一个设计。它也显示了怎样处理不需要的d1最小反转电流。然而,电路更适用于纯同步和非晶闸管控制。由于led电流的稳定性,这些设计使输入交流电压的范围扩大,其有利于多标准交流供电设计;有机会在led没有过载危险的情况下设置led电流;减少光耦不稳定的影响。这样设计的另一个优势为其固有更安全的特性。在其终端短路的情况下,光耦在隔离与非隔离侧之间传递的电流比图1电路中少10到100倍。光耦也有优势。由于低占空比,可以不损失功率而任意减少光耦负载电阻r8的值。这个减少将使过原点误差降低。

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