在高壓電源設(shè)計(jì)中，出于安全考慮，需要將高壓輸入與低壓輸出隔離。設(shè)計(jì)人員通常在變壓器中使用磁隔離來進(jìn)行功率傳輸，而光耦合器則為信號(hào)反饋提供光隔離。

隔離電源中光耦合器的主要缺點(diǎn)之一是其可靠性。在傳統(tǒng)光耦合器中使用 LED 跨隔離柵傳輸信號(hào)會(huì)導(dǎo)致電流傳輸比隨溫度、正向電流和工作時(shí)間的變化而出現(xiàn)較大的部件間差異。光耦合器在隔離性能方面也存在缺陷，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ褂铆h(huán)氧樹脂等弱絕緣材料，有時(shí)甚至僅使用氣隙。

模擬光耦合器行為的純硅器件(例如德州儀器 (TI) ISOM8110)可以解決這些問題，因?yàn)樗コ?LED 組件，使用了彈性隔離材料(例如二氧化硅)，并且經(jīng)過了嚴(yán)格的認(rèn)證和測試。與 IEC 60747-5-5 光耦合器標(biāo)準(zhǔn)相比，這是更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn) [國際電工委員會(huì) (IEC) 60747-17]。

光耦合器缺乏隨時(shí)間和溫度變化的可靠性，這意味著汽車和航天等許多領(lǐng)域不得不依靠初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)或其他方式來調(diào)節(jié)輸出。光仿真器有助于提高可靠性，并且還可以在不增加輸出濾波器的情況下顯著改進(jìn)瞬態(tài)和環(huán)路響應(yīng)。

通常，隔離電源帶寬的限制因素是光耦合器的帶寬。該帶寬受到光耦合器極點(diǎn)的限制，該極點(diǎn)由其固有寄生電容和輸出偏置電阻器形成。使用光仿真器消除了這個(gè)極點(diǎn)，從而在不改變輸出濾波器的情況下為整個(gè)系統(tǒng)帶來更高的帶寬。

兩種設(shè)計(jì)的目標(biāo)都是增加整體帶寬，同時(shí)仍保持 60 度的相位裕度和 10dB 的增益裕度。表 1列出了并排結(jié)果。

光耦光仿真器

帶寬(kHz)8.638.2

相位裕度(度)60.267.4

增益裕度(分貝)18.711.62

表 1光耦合器與光仿真器頻率響應(yīng)結(jié)果。

光仿真器帶寬的增加有助于使設(shè)計(jì)的整體帶寬增加近四倍，同時(shí)保持相位和增益裕度。圖 3突出顯示了光仿真器板與光耦合器板的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的變化。如您所見，這些更改很小，只需要更改總共三個(gè)無源組件。光仿真器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它與大多數(shù)光耦合器引腳對(duì)引腳兼容，因此不需要為現(xiàn)有設(shè)計(jì)重新布局。

僅TL431并聯(lián)穩(wěn)壓器周圍的補(bǔ)償元件從一種設(shè)計(jì)修改為另一種設(shè)計(jì)。除了 C19、C22 和 R20 之外，其余設(shè)計(jì)都是相同的，包括功率級(jí)組件(包括輸出電容)。

由于帶寬增加了四倍，我們也能夠顯著改善瞬態(tài)響應(yīng)，而無需在輸出上增加任何電容。

兩次測試中的負(fù)載階躍和轉(zhuǎn)換速率相同。負(fù)載階躍響應(yīng)從光耦合器中的 –1.04V 變?yōu)楣夥抡嫫髦械?–360mV，負(fù)載突降響應(yīng)從 840mV 降至 260mV。在無需添加更多輸出電容器的情況下，總體瞬態(tài)響應(yīng)降低了 50% 以上。

光仿真器的優(yōu)點(diǎn)

由于光仿真器比光耦合器提供了顯著的帶寬改進(jìn)，因此設(shè)計(jì)人員可以減小輸出電容器的尺寸，而不會(huì)犧牲對(duì)成本和尺寸敏感的隔離設(shè)計(jì)中的瞬態(tài)性能。

光仿真器還可以在以前無法使用光耦合器的應(yīng)用(例如汽車和航天)中實(shí)現(xiàn)次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)，從而提供比光耦合器更高的可靠性。隨著帶寬的增加，光仿真器可以為電源的整個(gè)環(huán)路提供更高的帶寬，從而在不增加輸出電容的情況下顯著改善瞬態(tài)響應(yīng)。對(duì)于現(xiàn)有設(shè)計(jì)，光仿真器與大多數(shù)光耦合器的引腳對(duì)引腳兼容性允許直接替換，只需對(duì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。