开关电源中的光耦经典电路设计分析
光耦（opticalcoupler ）亦称光电隔离器、光耦合器或光电耦合器。
它是以光
为 媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED 与受光器（光敏 半导体管）封装在同一管壳。
当输入端加电信号时发光二极管发出光线，光敏三 极管接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了 “电一光一电”转换 典型应用电路如下图1-1所示。
光耦典型电路
TTL •
i=ow
0=OFF
■ 1_1 ■耦开关控
制流电机怕路图
光耦的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了前端与负载 完
全的电气隔离，输出信号对输入端无影响，减小电路干扰，简化电路设计，工 作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦合器是 70年代发展起来的新 型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、 斩
波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离 5V icon
R3
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信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR ）仪器仪表、通信设备及微机接口中。
在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路， 通过调节控制端电
流来改变占空比，达到精密稳压目的。
常用于反馈的光耦型号有 TLP521、PC817等。
这里以TLP521为例，介绍这 类
光耦的特性。
图2-1所示为光耦部结构图以及引脚图。
21 TLP521内部結构及管脚庄
TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流 If 越大，光强越强，副边 三
极管的电流Ic 越大。
副边三极管电流Ic 与原边二极管电流If 的比值称为光耦 的电
流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。
作反馈用的光 耦正是
利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变 化剧烈
的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。
此外,
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使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带，否则电路对
运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。
通常选择TL431结合TLP521进行反馈。
这时，TL431的工作原理相当于一个部基准为2.5 V的电压误差放大器（输出的电压进行误差放大比较，然后将取样电压经过光电偶合器反馈控制脉宽占空比，达到稳定电压的目的），所以在其
1脚与3脚之间，要接补偿网络。
TL431是由仪器生产的可控精密稳压源，实物如图2-3所示。
它的输出电压
用两个电阻就可以任意的设置到从 2.5V到36V围的任何值。
该器件的典型动态阻抗为0.2Q，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。
图2-2所示为TL431引脚排列与使用连线图。
KIJI'
阳极
ISI2-2 TL翩f引脚捲列与便用连线
常见的光耦反馈第1种接法。
Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。
com 信号接芯片的误差放大器输出脚。
注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片
供电电压地，两者之间用光耦隔离。
图2-3所示接法的工作原理如下：当输出电
压升高时，TL431的1脚（相当于电压误差放大器的反向输入端）电压上升，3脚
（相当于电压误差放大器的输出脚）电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。
高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性一当运放输出电流过大（超过运放电流输出能力）时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。
因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM （脉冲宽度调制）芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差
放大器初始输出电压为高。
图2-3所示接法的工作原理是：当输出电压升高时，原边电流If增大，输出
电流Ic增大，由于Ic已经超过了电压误差放大器的电流输出能力，com脚电压
下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，调节过程类似。
常见的第3种接法，如图2-4所示。
与第一种基本相似，不同之处在于多了一
个电阻R6,该电阻的作用是对TL431额外注入一个电流，避免TL431因注入电流过小而不能正常工作。
实际上如适当选取电阻值R3,电阻R6可以省略。
调节过程基本上同1接法一致。
常见的第4种接法，如图2-4所示。
该接法与第2种接法类似，区别在于com 端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4,其作用与第3种接法中的R6一致，其工作原理基本同接法2。
反馈方式1、3适用于任何占空比（接通时间与周期之比）情况，而反馈方
式2、4比较适合于在占空比比较小的场合使用。
小结
开关电源的光耦主要是隔离、提供反馈信号和开关作用。
开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压提供的，当输出电压低于稳压管电压是给信号光耦
接通，加大占空比，使得输出电压升高；反之则关断光耦减小占空比，使得输出电压降低。
旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障，就没有光耦电源提供，光耦就控制着开关电路不能起振，从而保护开关管不至被击穿烧毁。