Розрахунок схеми оптрону гальванічної розв’язки та його ланцюга (U3, R16, R7, R12).

Вибір оптронів для гальванічної розв'язки SMPS надзвичайно широкий. Розглянемо роботу даних ланцюгів на прикладі поширеного оптрона PC817 фірми Sharp.

Будемо розраховувати на оптрон без маркування, тобто з коефіцієнтом передачі 50-600%. Справа в тому, що при зменшенні протікаючого через світлодіод струму нижче певної межі (близько 10mA для PC817) різко падає коефіцієнт передачі, тобто працює негативний зворотний зв'язок. В результаті для струму через оптотранзістор, наприклад, в 1mA, струм через світлодіод може варіюватися від 0.6mA до 2mA в залежності від коефіцієнта передачі від 50% до 600%.

Розглянемо частину схеми на первинній стороні. Струм через оптотранзистор буде максимальним у випадку, коли напруга на виході підсилювача помилки ШІМ-контролера (вивід 1) буде дорівнює нулю. Цей струм буде дорівнювати напрузі на інвертуючому вході підсилювача помилки (вивід 2, в нашому випадку 2.5V) поділеній на опір паралельно з'єднаних R ₅ і R ₇. Опори резисторів R ₅ і R ₇ рекомендується вибирати рівними – в цьому випадку ми зможемо контролювати напругу на виході підсилювача помилки аж до 5V, тобто з пристойним запасом. Ці резистори не повинні бути занадто великими для збереження стійкості схеми до завад, але занадто мала їх величина може створити зайве навантаження на ШІМ-контролер.

Максимальний струм через оптрон в (0.5.. 1) mA можна вважати вдалим компромісом у випадку використання UC3844A. Зупинимося на струмі 0.5mA – це визначить номінали R ₅ і R ₇: R ₅ = R ₇ = 10K. Мінімальний струм через оптотранзистор теоретично може бути рівним нулю – якщо напруга на виході підсилювача помилки досягне 5V. Але в сталому режимі цього не відбувається – максимальна напруга виявляється рівною трохи більше 3V (визначається максимальним сигналом на струмовому вході через коефіцієнт Gain).

Для простоти будемо вважати, що струм через оптотранзістор може виявитися рівним нулю. Отже, при нульовому струмі оптотранзістора струм через світлодіод оптрона теж можна вважати дуже малим. При цьому струм, що протікає через TL431, не повинен бути менше 1mA (це мінімальний струм катода TL431 для стійкої її роботи, дані із специфікації). Мінімальне падіння напруги на світлодіоді РС817 в області малих струмів становить 0.9V в гіршому випадку. Відповідно, можна легко знайти номінал резистора R12 як:

.

Резистор номіналом 910W буде розумним вибором – ми порахували його номінал вже з урахуванням розбросів компонентів і створили невеликий запас допустивши, що струм через світлодіод відсутній.

Максимальний струм через вхідну частину РС817 знайти набагато складніше. Проблема в тому, що ми знаємо його вихідний струм, і щоб порахувати вхідний струм, нам треба знати коефіцієнт передачі оптрона, який залежить від вхідного струму – коло замкнулося. Тому доводиться вирішувати цю задачу послідовними ітераціями.

Оскільки нас цікавить максимальний вхідний струм оптрона, то будемо вести розрахунок для найгіршого екземпляра РС817, у якого при 5mA вхідного струму коефіцієнт передачі (CTR) становить 50%. Спочатку подивимося якою буде CTR при вхідному струмі 1mA – він складе близько 23% – і вихідний струм складе 0.23mA, занадто мало. При вхідному струмі в 2mA CTR = 38 і вихідний струм буде дорівнює 0.76mA, тобто занадто багато. Знаходимо, що максимальний струм через світлодіод оптрона складе 1.5mA.

Струм через резистор складається з струмом через світлодіод РС817 і струмом через резистор R ₁₂. Оскільки падіння напруги на світлодіоді оптрона може досягати 1.5V (знову ж беремо найгірший випадок), то струм через R ₁₂ може досягати:

,

а струм через R ₁₃ буде

.

При цьому максимальному струмі падіння напруги на R ₁₃ не повинно перевищувати напруги живлення мінус мінімально рекомендована напруга на катоді TL431 (зазвичай дорівнює опорному, тобто 2.5V):

.

Обираємо R ₁₃=2,7К.

Дата добавления: 2015-07-10