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改进光耦电路 减少电流消耗 延缓LED老化

来源:EDN/作者:Peter Demchenko?? Vilnius?? Lithuania?? 2007年12月27日 ?? 收藏0

  改进光耦电路,可以提升零电压测量的精度。

  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。

两个通用的0V同步交流设计

  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靠光耦的参数。图1的设计不是一个理想方案。就效率而言,依靠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)。

图2的设计克服了能耗过大

  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。

显示了怎样处理不需要的D1最小反转电流

  英文原文:

  Improved optocoupler circuits reduce current draw, resist LED aging

  With improved optocoupler circuits, you can enhance the accuracy of zero-voltage sensing.

  Peter Demchenko, Vilnius, Lithuania; Edited by Charles H Small and Fran Granville -- EDN, 12/14/2007

  It seems deceptively simple to establish galvanic isolation with the help of optocouplers between circuits that operate at different ground potentials. Optocouplers draw power from the isolated circuit, and switching can be relatively slow and uncertain because of LED aging. Substitutes without optocouplers, such as the ADUM12xx from Analog Devices or ISO72x from Texas Instruments, are available. This Design Idea describes a method of improving the simple optocoupler.


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光耦? LED老化? 电流消耗?

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