光耦合器常用於隔離式開關電源(SMPS)中初級側與次級側之間,以及與回饋產生器之間的電流隔離。然而,使用光耦合器有幾個缺點,包括性能和耐久性問題。以下是一個使用數位隔離器替代光耦合器的方案。

SMPS電源轉換器依賴其輸出電壓的回饋來維持穩壓。這一回饋訊號通常會穿過光耦合器以維持初級側和次級側之間的電流隔離。然而,使用光耦合器的一個關鍵問題是它在控制迴路中會引入一個額外的極點。該極點減少了回饋路徑的頻寬。此外,光耦合器的電流轉換比從單元到單元的變化比較大,也會隨著溫度和使用時間而降低。這種變化會影響控制迴路的校準和長期漂移。

圖1顯示了SMPS設計中的一種光耦合器替代方案,使用Silicon Labs的Si8642數位隔離器在轉換器的初級和次級之間形成屏障。它需要根據轉換器的輸出生成一個回饋訊號,而不是直接使用該輸出訊號。

20190215TA31P1 圖1 採用數位隔離器回饋方案的SMPS電壓轉換器原理圖。

回饋產生器開始於10MHz時脈訊號,它透過隔離屏障被發送到次級側,然後電路R2C2將時脈訊號轉換為三角波形。該波形驅動高速比較器U3的反相輸入。非反相輸入接收轉換器輸出電壓的標刻值。

只要三角波訊號小於輸出電壓標度值,比較器的輸出就會變成高電平,因此,比較器輸出訊號的工作週期將與轉換器的輸出電壓成比例,如圖2所示。

20190215TA31P2 圖2 將三角波時脈訊號(綠色)與SMPS輸出電壓的標度值進行比較,得到一個訊號(黃色),其工作週期與SMPS輸出成比例。

比較器的輸出通過隔離屏障又返回到初級側,電路R1C1對該訊號進行低通濾波,並將結果應用於開關控制器的回饋引腳。

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