第四章隔离型DCDC变换器详解课件.ppt

1、隔离型隔离型DC/DCDC/DC变换器变换器1概述概述非隔离的非隔离的DC/DC变换器的局限性变换器的局限性输入输出不隔离，形成地线上的环流输入输出不隔离，形成地线上的环流输入输出电压比或电流比不能太大输入输出电压比或电流比不能太大无法实现多路输出无法实现多路输出2解决方法解决方法采用变压隔离器采用变压隔离器概述概述 理想变压隔离器的特征理想变压隔离器的特征从输入到输出能够通过所有的信号频率，即从理想的从输入到输出能够通过所有的信号频率，即从理想的直流到交流都能变换；直流到交流都能变换；变换时可不考虑能量损耗；变换时可不考虑能量损耗；变换中能提供任何选定的电压和电流变比变换中能提供任何选定的电

2、压和电流变比能使输入和输出之间完全隔离能使输入和输出之间完全隔离变换时，无论从原边到副边，或副边到原边，都是一变换时，无论从原边到副边，或副边到原边，都是一样方便有效样方便有效3理想的变压隔离器符号理想的变压隔离器符号隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器电路的构成电路的构成4基本基本buck变换电路拓扑变换电路拓扑Buck变换器工作波形变换器工作波形隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器电路的构成电路的构成5隔离型隔离型buck（正激（正激 Forward）变换器）变换器隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器工作原理工作原理6

3、N3+VD2：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。：将残存的能量馈送到输入端，即进行磁复位。由于磁芯的磁滞效应，当具有非零直流由于磁芯的磁滞效应，当具有非零直流平均电压的单向脉冲加到变压器初级绕平均电压的单向脉冲加到变压器初级绕组上，线圈电压或电流回到零时，磁芯组上，线圈电压或电流回到零时，磁芯中磁通并不回到零，这就是中磁通并不回到零，这就是剩磁通剩磁通。剩。剩磁通的累加可能导致磁通的累加可能导致磁芯饱和磁芯饱和，因此需，因此需要采用磁复位（去磁技术）要采用磁复位（去磁技术）2LLNodiuuuLdt（2）电感）电感L储能，电流储能，电流直线上升直线上升隔离型隔离型Buck变换器变换器单端

4、正激变换器单端正激变换器工作原理工作原理7能量传递阶段能量传递阶段VT导通导通UN2UO（1）经变压器耦合和）经变压器耦合和二极管二极管VD向负载传输向负载传输能量。能量。工作原理工作原理8隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器磁复位阶段磁复位阶段VT截止截止LLodiuuLdt （2）副边：）副边：VD截止，截止，VD1导通，导通，L向负载释放向负载释放能量，电流直线下降。能量，电流直线下降。（1）原边：磁芯中的）原边：磁芯中的剩磁能量通过剩磁能量通过VD2和和N3向输入电源馈送。向输入电源馈送。1313max0.5NNrstont Nt ND 工作原理工作原理9隔离型

5、隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器续流阶段续流阶段VD2截止截止磁芯中的能量释放完毕。磁芯中的能量释放完毕。VD1导通或截止导通或截止（1）如果电感储能能够）如果电感储能能够维持电流连续至下个周期维持电流连续至下个周期开始，开始，VD1始终导通。始终导通。（2）如果电感电流断续，）如果电感电流断续，则则VD1截止。截止。工作原理工作原理10隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器输出电压平均值输出电压平均值13(1)DSiNUUNVT截止时截止时2211onoiitNNUUDUN TN隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器 正激变换

6、器的设计正激变换器的设计开关管的选择开关管的选择 （1）开关管的漏极额定电流必须大于流过）开关管的漏极额定电流必须大于流过IGBT漏极漏极实际电流实际电流IDmax。11max2maxmax1LDLINIINnmaxLLLOLIIIII2/NOiOLononiOUUUn UIttLLUnUDnfL （2）当）当N1=N3时，开关管承受最大电压为时，开关管承受最大电压为2Ui隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器整流二极管、续流二极管的选择整流二极管、续流二极管的选择 （1）流过整流二极管和续流二极管中的电流峰值均为）流过整流二极管和续流二极管中的电流峰值均为电感电流峰值电

7、感电流峰值 （2）VD1承受最大电压出现在承受最大电压出现在VT导通时导通时 （3）VD承受最大电压出现在承受最大电压出现在VT截止时截止时12max1maxiOVDVDOUnUIIIDnfLmax2/VDNiUUUnmax/VDiUUn隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器多路输出的正激变换器原理图多路输出的正激变换器原理图13参考电压隔离型隔离型Buck变换器变换器单端正激变换器单端正激变换器例例1 前页所示正激变换器，输入电源电压前页所示正激变换器，输入电源电压60V，二次主输出的平均输出电压为二次主输出的平均输出电压为5V,开关频率为开关频率为1kHz，输出电感电

8、流纹波最大值为，输出电感电流纹波最大值为0.1A，原边，原边边绕组匝数边绕组匝数60，匝比，匝比Nr/Np等于等于1。求：。求： （1）副边主绕组匝数最小值）副边主绕组匝数最小值Nsm； （2）输出滤波电感）输出滤波电感Lom的值。的值。14回顾回顾 ：右手定则：右手定则 磁场方向 电流方向 磁场方向 电流方向11安培环路定律安培环路定律 矢量H沿任意闭合曲线的积分等于此闭合曲线所包围的所有电流的代数和(图1.6),即IdlHdlHllcosdlHI1I2I3根据右图,方程右边321cosIIIdlHlI416磁场强度单位磁场强度单位如果磁场强度如果磁场强度H与闭合路径方向一致与闭合路径方向一

9、致,闭合闭合路径的积分为路径的积分为 IHlOecmAOemA4 . 0/1104 . 0/12在MKS制中磁场强度单位为安/米.而在CGS制中为奥斯特,简称奥,代号Oe.它们之间的变换关系为17电磁感应定律电磁感应定律楞次定律楞次定律te感应电动势dtdeSN运动方向18电磁感应定律电磁感应定律dtddtdNe如果是多匝线圈式中：N磁链（Wb)韦伯19电路中的磁元件电路中的磁元件1、自感自感自感系数自感系数20即LiiL电感单位 L=伏.秒/安=欧秒=亨利 简称亨,代号H电感的感应电势符号和单位电感的感应电势符号和单位+ u -电流增加- u +电流减少HSASViL单位(亨)21自感电动势

10、与能量关系自感电动势与能量关系22udtdiLdtde-能量关系200BHVdtNHldtdBNAuidtWTBemmIWLIidtdtdiL220互感互感线圈之间互感线圈之间互感23N1N2i1i2111211212iM互感系数MMiiM2122111212MN1N2i1i2同名端用 表示电压平衡方程式电压平衡方程式如果两个耦合线圈都流过增量电流有如果两个耦合线圈都流过增量电流有25dtdiMdtdiLeeuML211211dtdiMdtdiLeeuML122122耦合系数11121k22212kmMMk 21LLMm变压器变压器1dtdiLdtdNui1111127空载：电压激励，初级次级

11、：dtdNdtdiMeuM122122变比：MLnNNuui121221211LLLLLn变压器变压器2变压器负载变压器负载28u1u2N1N2kRLi1i221212111 iiiNNiiti2N2i2/N1次级反射电流单端正激变换器总结：单端正激变换器总结：1 电路简单，多应用于中，小功率电路；电路简单，多应用于中，小功率电路；2 变压器与储能电感分离，但正激需要变压器与储能电感分离，但正激需要B-H工作于工作于1象限，所以电路需增加磁复位辅象限，所以电路需增加磁复位辅助电路；助电路；3 输入电流是脉动的，有较大尖峰出现，对输入电流是脉动的，有较大尖峰出现，对器件要求较高，一般最大值为平均

12、值的器件要求较高，一般最大值为平均值的4-5倍。倍。COME ONCOME ON隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 电路的构成电路的构成29基本基本Buck-Boost变换器变换器隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器电感电感隔离变换器隔离变换器隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器电路的构成电路的构成(变压器变压器N2反绕反绕)30单端反激式（单端反激式（Flyback）变换器）变换器VT导通时，导通时，VD截止截止VT截止时，截止时，VD导通导通电感储能型变换器电感储能型变换器导通终了时，导通终了时，i1的幅值的

13、幅值隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 工作原理工作原理31VT导通时，导通时，VD截止截止i1i2流过流过N1的电流的电流11iUitL11iPonUItLVT截止时，截止时，VD导通导通I2p为为VT截止时截止时i2的幅值的幅值流过流过N2的电流的电流222OPUiItL1212PPNIIN隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 3种工作状态种工作状态变压器磁通临界连续状态变压器磁通临界连续状态32VT截止时间截止时间toff和绕组和绕组N2中电流中电流i2衰减到零所需的时间相等衰减到零所需的时间相等隔离型隔离型Buc

14、k-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器变压器磁通不连续状态变压器磁通不连续状态34VT截止时间截止时间toff比绕组比绕组N2中电流中电流i2衰减到零所需的时间更长衰减到零所需的时间更长即即 toff(L2/UO)I2P隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 变压器磁通连续状态变压器磁通连续状态35VT截止时间较小，截止时间较小，toff 0隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 电压传输比电压传输比36VT导通导通221/NiiNUUUnNVT截止截止2NOUU伏秒伏秒平衡平衡(1)ionO offOonVi

15、offUtU tnUtDAUntnD隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 输入输出电压关系输入输出电压关系37即输入功率为即输入功率为VT导通期间，变压器导通期间，变压器T储能储能21 112LPWL I21 112LiPWPL ITT输出功率为输出功率为2OOLUPR假定假定电路无损电路无损12LOi onRUU tLT结论：结论：（1）Uo与负载与负载RL有关，有关， RL Uo （2） Uo与导通时间成正比与导通时间成正比（3）与电感量）与电感量L1成反比成反比教材P69 隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 开关管

16、承受电压开关管承受电压38VT截止时，截止时，N1上的感应电势上的感应电势112NONUUNVT截止时，漏截止时，漏-源承受的电压源承受的电压112DSiNiONUUUUUN隔离型隔离型Buck-Boost变换器变换器单端反激变换器单端反激变换器 变换器的设计变换器的设计变压器磁通不连续变压器磁通不连续39222(1)OOPoffUUItDLfL22/1OP offOPII tTIDI 22OOPU IIfL开关管的选择开关管的选择2max12212OODPPU INIIINn fLmaxDSiOUUnU整流二级管的选择整流二级管的选择max222OODPU IIIn fLmax/VDiOUU

17、nU单端反激变换器总结：单端反激变换器总结：1 电路简单，广泛应用于电路简单，广泛应用于50W以下电路；以下电路；2 变压器同时充当储能电感器，设计时比较变压器同时充当储能电感器，设计时比较困难；困难；3 输入、输出电流都有较大尖峰出现，而且输入、输出电流都有较大尖峰出现，而且都是脉动的。都是脉动的。双端变压器隔离变换器双端变压器隔离变换器1、单端变压器无论是正激还是反激，功率、单端变压器无论是正激还是反激，功率管在开关翻转瞬间要承受管在开关翻转瞬间要承受2Vi。2、变压器只工作于第一象限，几个周期后、变压器只工作于第一象限，几个周期后，很容易进入，很容易进入“磁饱和磁饱和”，而且变压器利，而

18、且变压器利用率低，只有用率低，只有50%。3、需要退磁电路设计。、需要退磁电路设计。一、回一、回 顾顾单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术43 使用单端使用单端变压隔离器变压隔离器遇到的问题遇到的问题如何使变压器如何使变压器磁芯在每个脉磁芯在每个脉动工作磁通之动工作磁通之后都能回复到后都能回复到磁通起始值磁通起始值开关导通时，电流很大开关导通时，电流很大开关断开时，过电压很高开关断开时，过电压很高如果每个周期不去磁，如果每个周期不去磁，剩余磁通的累加可能剩余磁通的累加可能导致磁芯饱和导致磁芯饱和单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术磁芯复位线路种类磁芯复位

19、线路种类44 把磁芯残存能量把磁芯残存能量自然地转移，在为了自然地转移，在为了复位所加的元件上消复位所加的元件上消耗掉，或者把残存能耗掉，或者把残存能量反馈到输入端或输量反馈到输入端或输出端出端方法一方法一 通过外加能量的通过外加能量的方法强迫磁芯的磁状方法强迫磁芯的磁状态复位态复位方法二方法二采用哪种方法取决于功率采用哪种方法取决于功率P的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定的大小和所使用的磁芯磁滞特性而定单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术 2种典型的磁芯磁滞特性曲线种典型的磁芯磁滞特性曲线45低低Br铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯铁氧体、铁粉磁芯、非晶合金磁芯复位常用转移损

20、耗法，线路简单可靠复位常用转移损耗法，线路简单可靠高高Br无气隙的晶粒取向镍铁合金磁芯无气隙的晶粒取向镍铁合金磁芯复位常用强迫法，线路较复杂复位常用强迫法，线路较复杂单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术 低低Br的去磁方法的去磁方法46转移损耗法磁芯去磁线路转移损耗法磁芯去磁线路单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术低低Br的去磁方法的去磁方法47再生式磁芯去磁线路再生式磁芯去磁线路（a）能量）能量电源电源（b）能量）能量负载负载单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术高高Br的去磁方法的去磁方法48强制磁芯去磁各种方法强制磁芯去磁各种方法

21、（a）加恒流源和变压器附加绕组）加恒流源和变压器附加绕组（b）外部加永久磁铁）外部加永久磁铁单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术高高Br的去磁方法的去磁方法49强制磁芯去磁各种方法强制磁芯去磁各种方法（c）利用滤波电感作为恒流源）利用滤波电感作为恒流源单端变压隔离器的磁通复位技术单端变压隔离器的磁通复位技术 高电压源变换器中去磁电路高电压源变换器中去磁电路50双开关、单端去磁线路双开关、单端去磁线路利用利用 原边绕组本身原边绕组本身双管正激式双管正激式DC/DC变换器变换器 电路结构电路结构51 工作原理工作原理VT1、VT2同时动作同时动作VT1、VT2同时导通：同时导通

22、：UNPUNS，iVD3 ，iVD4 关闭关闭 IP=IS/n（n=NP/NS）VT1、VT2同时关断：同时关断：VD1，VD2将将N1磁能量反馈回磁能量反馈回Ui，并嵌位；，并嵌位；VD3关断，关断，VD4 续流导通续流导通注意点：注意点：D 0.552双端变压隔离电路双端变压隔离电路开关管轮流工作开关管轮流工作分类：分类：1、推挽式、推挽式2、半桥式、半桥式3、全桥式、全桥式一、推挽式双端变换器一、推挽式双端变换器T1导通导通D4导通（导通（L储能）储能）占空比占空比D0.5，ton1结束时，结束时，L通过通过D3放能放能T2导通导通D3导通（导通（L储能）储能）占空比占空比D0.5，to

23、n2结束时，结束时，L通过通过D4放能放能四个工作状态四个工作状态推挽式双端变换器推挽式双端变换器输出电压输出电压TtDnDUUnUUNNUTtDUDUoniiiAonAO2201200;不足：不足：1,、隔离变压器、隔离变压器N1利用率低利用率低50%2、功率管耐压要求高、功率管耐压要求高2Ui3、存在、存在“单向磁偏单向磁偏”，有可能损坏功率管，有可能损坏功率管二、全桥变换器二、全桥变换器57全桥变换器电路拓扑演变过程全桥变换器电路拓扑演变过程优点：优点：UVT1maxUVT2max Ui缺点：变压器利用率较低缺点：变压器利用率较低1.大功率场合常用电路大功率场合常用电路2.VT1和和VT

24、4 、VT2和和VT3同时导通同时导通3.变压器得到充分利用变压器得到充分利用全桥变换器全桥变换器 工作原理工作原理58t0t1: uG1,4=1，VT1 , VT4导通，导通，UNP =Ui ； iVD5 ，iVD6VD5导通，导通，VD6关断关断t1t2: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4关断；关断； uVT1=uVT2=uVT3=uVT4=(1/2)Ui t2t3: uG2,3=1， VT2 , VT3导通，导通，UNP =-Ui ； iVD6 ，iVD5VD6导通，导通，VD5关断关断t3t4: uG1,4=uG2,3=0，VT1VT4关断；关断； uVT1=uVT2=uVT3

25、=uVT4=(1/2)Ui 22ii onOSPU DU tUNnN T全桥变换器全桥变换器缓冲器的组成及作用缓冲器的组成及作用59三、半桥变换器三、半桥变换器 半桥变换器的构成半桥变换器的构成60半桥式变换器的电路拓扑半桥式变换器的电路拓扑1. 用用2个相同的电容器代替个相同的电容器代替2个晶体管个晶体管2. 降低成本，增大电路体积降低成本，增大电路体积3. 常用于低功率变换器常用于低功率变换器4. 初级电压峰值为全桥电路一半，电流为全桥的初级电压峰值为全桥电路一半，电流为全桥的2倍倍半桥变换器半桥变换器 工作原理工作原理61t0t1: uG1=1，VT1 导通，导通，UNP =(1/2)U

26、i ； iVD5 ，iVD6VD5导通，导通，VD6关断关断t1t2: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断，关断，UNP =0； uVT1=uVT2=(1/2)Ui ； VD5、VD6均导通为均导通为L提供续流回路提供续流回路t2t3: uG2=1， VT2 导通，导通，UNP =-(1/2)Ui ； iVD6 ，iVD5VD6导通，导通，VD5关断关断t3t4: uG1=uG2=0，VT1、VT2关断；关断； uVT1=uVT2=(1/2)Ui 122ii onOSPUDU tUNnN T半桥变换器半桥变换器 分压电容器分压电容器C1，C2的选择的选择62初级电流初级电流/2OPiPIU

27、VT1和和VT2导通时，从导通时，从A点充电或取电点充电或取电在半周期中，在半周期中，C1，C2两个电容器补充电荷损失两个电容器补充电荷损失电容器上直流电压变化的百分数与整流输出电压变化的百分数是相同的电容器上直流电压变化的百分数与整流输出电压变化的百分数是相同的输出电压纹波百分数输出电压纹波百分数22100100100/2iiOOrFiFrPPUUCUU fCU fUCF=C1+C2半桥变换器半桥变换器 偏磁现象及其防止方法偏磁现象及其防止方法偏磁的可能性：偏磁的可能性：VT1，VT2具有不同开关特性，导致具有不同开关特性，导致伏秒不平衡，发生偏磁现象。伏秒不平衡，发生偏磁现象。63串联耦合

28、电容改善偏磁性能串联耦合电容改善偏磁性能C3两端直流电压降变化速度的时间常数两端直流电压降变化速度的时间常数3SrR C半桥变换器半桥变换器 串联耦合电容的选择串联耦合电容的选择 初算电容量初算电容量64312RRfL C2()PRSNLLN63222104(/)RPSCfNNL 初算电容器充电电压是否过高或过低初算电容器充电电压是否过高或过低333(10 20)%2CCSCSIIUUtDTCC 注：谐振频率通常选注：谐振频率通常选fR=0.1fS半桥变换器半桥变换器 直通的可能性及其防止直通的可能性及其防止直通：直通：VT1、VT2两晶体管在某一时间内同时导通的两晶体管在某一时间内同时导通的

29、现象。现象。防止方法：防止方法： 对驱动脉宽最大值加于限制。对驱动脉宽最大值加于限制。 从拓扑上解决，采用交叉耦合封闭电路。从拓扑上解决，采用交叉耦合封闭电路。65第四章第四章 拓展拓展 光电隔离光电隔离开关量的输入输出隔离主要有两个目的：开关量的输入输出隔离主要有两个目的：电气隔离：电气隔离：防止被隔离两边的电噪声干扰防止被隔离两边的电噪声干扰；电平转换：电平转换：两边的工作电平、电源电压、两边的工作电平、电源电压、信号极性都可以不同。信号极性都可以不同。1、廉价实用的TLP521-XTLP521-1TLP521-2TLP521-4图图1 TLP521的各种封装及引脚排列的各种封装及引脚排列

30、开关量的输入隔离一般使用光电隔离器件。可以使用的光电隔离器件很多开关量的输入隔离一般使用光电隔离器件。可以使用的光电隔离器件很多，有许多器件性能相近，普通开关量的输入隔离使用，有许多器件性能相近，普通开关量的输入隔离使用TLP521-X即可即可 工作频率不高，一般限制在工作频率不高，一般限制在10KHZ以内以内A图输入高电平，输出高电平，输入低电平，输出低电平；图输入高电平，输出高电平，输入低电平，输出低电平；b图输入高电平，输出低电平，输入低电平，输出高电平图输入高电平，输出低电平，输入低电平，输出高电平图4.2 基本的光电隔离电路（1）R1可按驱动电流510mA设计, 选择驱动发光二极管的

31、驱动器件任意，只要能保证长时间提供510mA电流即可 （2） R2可取2.2K10K，太小则电路功耗增大，太大则抗干扰能力减弱，且关断时输出端的上升速度将减慢, VCCX=+5V时，R2可取3.3K VCCIN1VCC XDOUTGNDXR1R2TLP521基本的光隔电路（一）基本的光隔电路（一）图图4.2 基本的光隔电路（基本的光隔电路（a）（1）（2） VCCX=+5V时，时， R4去掉去掉 VCCX=+12V时，时，R4取取6.8K(或改用或改用ULN2004） VCCX=+24V时，时，R4取取20K(或改用或改用ULN2002） VCCIN1VCC XULN2003R3R4TLP52

32、1基本的光隔电路（二）基本的光隔电路（二）图图4.2 基本的光隔电路（基本的光隔电路（b）D1D4用于用于输入状态输入状态的直观显示，的直观显示，R1R4的输入的输入限流电阻限流电阻，使用，使用1/4瓦电阻即可。不使用瓦电阻即可。不使用D1D4时，限流电阻取时，限流电阻取330即可。输出上拉电阻功耗较小，可以使用排阻。要求响应即可。输出上拉电阻功耗较小，可以使用排阻。要求响应速度较高时，排阻阻值应适当减小。图中假设速度较高时，排阻阻值应适当减小。图中假设VCC和和VCCX均为均为5V。图4.3 实用的隔离电路输入TLP521的正常工作频率应限制在的正常工作频率应限制在10kHz以下，在大于以下

33、，在大于10kHz时，必须时，必须考虑负载电阻对工作频率的影响。原则上，降低负载电阻阻值对工作考虑负载电阻对工作频率的影响。原则上，降低负载电阻阻值对工作频率的提高有利，负载电阻最低可降至频率的提高有利，负载电阻最低可降至1k。对波形要求较高的场合。对波形要求较高的场合，工作频率应适当降低，并应在输出端加接施密特触发器整形电路。，工作频率应适当降低，并应在输出端加接施密特触发器整形电路。 图4.4 TLP521的负载电阻对开关时间的影响2、高频脉冲的隔离 对波形要求较高的场合，应使用高频特性好的光隔对波形要求较高的场合，应使用高频特性好的光隔如如4N25(300KHZ)、4N35(300KHZ

34、)、6N136(2MHZ)光敏二极管的开关时间光敏二极管的开关时间通常比光敏三极管小通常比光敏三极管小负载电阻越小，开关时间越短，光耦的开关速度越高。最小负载电阻负载电阻越小，开关时间越短，光耦的开关速度越高。最小负载电阻可以小到可以小到500。带基极引脚的光耦，其基极应使用一电阻接到集电极。带基极引脚的光耦，其基极应使用一电阻接到集电极，阻值以，阻值以50k到到100k为佳。如省略该电阻，则开关时间会大为佳。如省略该电阻，则开关时间会大45倍，倍，则开关频率就降低则开关频率就降低45倍。不应该省略该电阻。倍。不应该省略该电阻。图4.5 4N35负载电阻及基极-发射极电阻对开关时间的影响影响工

35、作频率的因素：影响工作频率的因素：（1）负载电阻）负载电阻: 越小，开关速度越快越小，开关速度越快,最好不小于最好不小于1000（2）基极电阻）基极电阻: 一般取一般取50K100KLED+LED-NCBCEDINDOUT7406R1R1100kR3550VCCVCC X4N35GNDX74LS14图图4.6 可以工作到可以工作到115.2波特的波特的光隔电路光隔电路（1）VCCX取取5V时，负载电阻时，负载电阻R3应取应取2.2K3.3K（2）74LS14用于整形，为保证输出波形为理想的方波，防止出现用于整形，为保证输出波形为理想的方波，防止出现干扰脉冲等非正常情况的发生，输出端使用施密特触

36、发器对波形整干扰脉冲等非正常情况的发生，输出端使用施密特触发器对波形整形形 DINDOUT7406R1R32.2KVCCVCC X6N136GNDX74LS14图图4.7 用用6N136的的光隔电路光隔电路 4.2DC-DC变换器的应用从工作原理分，从工作原理分，DC-DC变换器通常有变换器通常有电荷泵变压、脉宽调制电荷泵变压、脉宽调制变压、电荷泵与脉宽调制组合变压、隔离变压器变压变压、电荷泵与脉宽调制组合变压、隔离变压器变压等多种等多种。前几种的变压通常是全电子的，因而输入与输出无隔离；。前几种的变压通常是全电子的，因而输入与输出无隔离；后者通常可提供后者通常可提供1000V以上的电压隔离。

37、以上的电压隔离。集成电路集成电路DC-DC变换器变换器 电荷泵变压、脉宽调制变压、前二者的组合变压电荷泵变压、脉宽调制变压、前二者的组合变压隔离变压器型隔离变压器型DC-DC变换器变换器,真正隔离真正隔离独立的直流电源独立的直流电源是光电隔离电路的基本条件。是光电隔离电路的基本条件。DC-DC变换变换器器通常可以提供几毫安到数百毫安电流的各种隔离电压输通常可以提供几毫安到数百毫安电流的各种隔离电压输出出1、集成电路DC-DC变换器效率高、体积小、以小电流应用为主效率高、体积小、以小电流应用为主(（1）ICL7660 Intersil公司公司 输出：输出：1.5V10V 输：输：通常为正电压入、

38、负电压出通常为正电压入、负电压出) （2）MAX640/MAX848Maxim公司公司 输入：输入：5V 输出：输出：3.3V,典典型应用为给低电压器件供电型应用为给低电压器件供电 （3）MAX735 输入：输入：4V6.2V 输出：输出：5V（4）MAX737 输入：输入：4V8.6V 输出：输出：15V-15V输出可给输出可给LCD提供负偏置电压提供负偏置电压 单电源输出变换器单电源输出变换器（1）MAX742 输入：输入：4.2V10V 输出：输出：12V， 15V, 2A（2）MAX743 输入：输入：5V 输出：输出： 12V， 15V, 100mA MAX743的最大电流可达的最大

39、电流可达100mA，而，而 MAX742的最大电流则可达的最大电流则可达2A 双电源输出变换器双电源输出变换器BUCK 降压型降压型 是指输入电压大于输出电压是指输入电压大于输出电压 如如12V-5VBOOST 则反之则反之 5V-12V单电源变双电源单电源变双电源4.2V10V直流电源变成双直流电源变成双12V， 15V直流电源直流电源集成运算放大器、集成运算放大器、AD转换器常用双电源转换器常用双电源ICL7660(A)提供从提供从 1.5V到到10.0V的互补电压，以电荷泵原理工的互补电压，以电荷泵原理工作，需外接泵电容两个。作，需外接泵电容两个。泵电容泵电容通常选用通常选用10f的电解

40、电容。的电解电容。7脚为振荡器输入，不接时使用内部振荡器。也可外接电容以脚为振荡器输入，不接时使用内部振荡器。也可外接电容以降低振荡频率。降低振荡频率时泵电容的容量应加大，加大降低振荡频率。降低振荡频率时泵电容的容量应加大，加大到到100f可保证任何振荡频率都能正常工作可保证任何振荡频率都能正常工作(最低最低1kHz)。6脚为脚为低压调整端。低压调整端。当工作电压低于当工作电压低于3.5V时，时，6脚应接地，否则浮空脚应接地，否则浮空。图4.8 ICL7660的泵电容连接低电压器件供电器件工作时需在器件工作时需在输出端输出端增加三个元件：一增加三个元件：一个二极管、一个电感、一个电解电容。为使

41、器件能提供最个二极管、一个电感、一个电解电容。为使器件能提供最大输出电流，电感应选用大输出电流，电感应选用100H，电容应选用，电容应选用100F，二，二极管可以使用常用的极管可以使用常用的1N5817或相当的肖特基二极管。输出或相当的肖特基二极管。输出电压5V/3.3V/3V 图4.9 MAX639/MAX640/MAX653的电路连接低电池电压检测输入低电池电压检测输出适于适于A/D转换器或模拟放大器使用的，通常是双电源输出型。转换器或模拟放大器使用的，通常是双电源输出型。MAX743可提供可提供12V或或15V的的对称电压对称电压，MAX743的最大电流可达的最大电流可达100mA，图中

42、两个电感图中两个电感100H、两个电解电容、两个电解电容100F和两个肖特基二极管和两个肖特基二极管1N5817图图4.10双电源输出变换器双电源输出变换器MAX473的基本的基本应用电路应用电路2、隔离变压器型DC-DC变换 DC-DC变换器通常使用高频变压器变换器通常使用高频变压器(25kHz)隔离隔离（1）固定电压输入（用于信号隔离）固定电压输入（用于信号隔离） 宽电压输入（用于未经稳压的输入电压）宽电压输入（用于未经稳压的输入电压）（2）选取器件选取器件:1)根据输入、输出电压选取器件根据输入、输出电压选取器件;2)输出电流应按系统最大输出电流应按系统最大工作电流的工作电流的1.21.

43、5倍倍计算需要的功率，根据功率选用计算需要的功率，根据功率选用 (DC-DC变换器通常以输变换器通常以输出功率标注出功率标注 );3)再次要注意器件输出电压是否已经过稳压，经过稳压的输出波纹有再次要注意器件输出电压是否已经过稳压，经过稳压的输出波纹有多大多大 （3）尽量选用经稳压的。）尽量选用经稳压的。稳压输出的稳压输出的DC-DC变换器的输出电压稳定度通常优于变换器的输出电压稳定度通常优于1%，交流波纹电压也很小，一般情况下可以直接使用。，交流波纹电压也很小，一般情况下可以直接使用。 CinCoutVin+VOUTGND-VOUT100uf,25V图图4.11 DC-DC变换器模块的使用电路

44、变换器模块的使用电路5V12V:Cin 100uf,25V24V48V:Cin 10uf,100V器件功率增加时，输入、输出电容应相应增大。无稳压输出的器件功率增加时，输入、输出电容应相应增大。无稳压输出的DC-DC变换器使用时变换器使用时必须注意：负载电流不可小于额定电流的必须注意：负载电流不可小于额定电流的20%，不足时应加装，不足时应加装假负载假负载(功率足够的电功率足够的电阻阻)。 CinCoutVin+VOUTGND-VOUT100uf,25V使用使用DC-DC变换器模块非常方便，仅需在输入、输出端加上适当的滤变换器模块非常方便，仅需在输入、输出端加上适当的滤波电容波电容滤波电容的选

45、取滤波电容的选取4.3专用隔离芯片及模块1、RS-422/485隔离芯片隔离芯片隔离收发器隔离收发器 MAX1480用于用于RS-485半双工网络半双工网络MAX1490用于用于RS-422全双工网络全双工网络MAX3157全双工或半双工，但不是真正的隔离全双工或半双工，但不是真正的隔离MAX3157的使用方便，仅需提供两个的使用方便，仅需提供两个0.047F的隔离电容。的隔离电容。器件的隔离电压为器件的隔离电压为50V。为保证该隔离电压，要求隔离电容。为保证该隔离电压，要求隔离电容的耐压必须高于的耐压必须高于50V。该器件可以通过引脚选择工作在半双工。该器件可以通过引脚选择工作在半双工方式或

46、全双工方式，更重要的是器件可以选择反相输出，当信方式或全双工方式，更重要的是器件可以选择反相输出，当信号线正反接反时，可以自动倒相号线正反接反时，可以自动倒相 典型芯片及用途典型芯片及用途图图4.12 RS-485/RS-422 4.12 RS-485/RS-422 隔离集成电路隔离集成电路隔离电容隔离电容应用特点应用特点：提供隔离提供隔离电容、隔电容、隔离电压离电压50V2、模拟隔离放大器（1）AD202/204(低成本线性隔离放大器低成本线性隔离放大器) 2端口，变压器耦端口，变压器耦合合 隔离电压高达隔离电压高达2000V 共模抑制比共模抑制比(放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表

47、示功率放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放大的程度。亦指电压或放大的程度。亦指电压或电流电流的放大倍数的放大倍数,通常以分贝通常以分贝(dB)数来规定。数来规定。)高高130db，信号最高频率，信号最高频率5KHZ 供电电压供电电压15V，可提供，可提供7.5V电源电源(0.4mA/2mA)（2）MAX210(三端口宽频带隔离放大器三端口宽频带隔离放大器 )3端口，变压器耦合端口，变压器耦合 隔离电压高达隔离电压高达2500V 共模抑制比高共模抑制比高120db,信号最高频率可达信号最高频率可达20KHZ 供电电压供电电压15V, 可提供可提供15V电源（电源（5mA）（3）IS

48、O1001光电耦合光电耦合隔离放大器按隔离放大器按传输信号传输信号的类型。可以分为的类型。可以分为模拟隔离和开关隔离放大器模拟隔离和开关隔离放大器。模。模拟隔离放大器的生产商和产品种类均较少，且产品价格比较昂贵常见模块拟隔离放大器的生产商和产品种类均较少，且产品价格比较昂贵常见模块（1）AD202 :2端口，隔离电压端口，隔离电压2000V图图4.13 4.13 低成本线性隔离放大器低成本线性隔离放大器AD202AD202采样采样/ /保持电路保持电路 对于一个动态模拟信号在模拟转换过程中，输入的模对于一个动态模拟信号在模拟转换过程中，输入的模拟信号是不确定的，从而引起转换器输出的不确定性误差

49、，拟信号是不确定的，从而引起转换器输出的不确定性误差，直接影响转换精度直接影响转换精度 要求输入模拟量在整个模数转换过程中被要求输入模拟量在整个模数转换过程中被“冻结冻结”起起来，保持不变。但在转换之后，又要求来，保持不变。但在转换之后，又要求A/DA/D转换器的输入端转换器的输入端能跟踪输入模拟量的变化，能完成上述任务的器件叫采样能跟踪输入模拟量的变化，能完成上述任务的器件叫采样/ /保持电路，简称保持电路，简称采采/ /保保(S/H)(S/H)。 最基本的采最基本的采/ /保保电路由模拟开关，保电路由模拟开关，保持电容和缓冲放大器持电容和缓冲放大器组成组成AVO_图8-38 采样/保持器原

50、理图+ViVcCHS增益增益1：1反相输入反相输入同相输入同相输入（2）AD210:图图4.14 AD2104.14 AD210结构框图结构框图3端口，宽频带隔离放大器，频率端口，宽频带隔离放大器，频率20Hz、隔离电压、隔离电压2500V、输出阻抗低可、输出阻抗低可提供提供15V电源（电源（5mA）供电供电15V增益增益1：1图图4.15 AD2104.15 AD210的基本应用电路的基本应用电路同相输入同相输入反相输入反相输入应用举例应用举例AD210的的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟两引脚连接在一起，可实现信号跟踪功能。踪功能。18、19两引脚之间通过电阻两引脚之间通过电阻Ra