Anwendung thermisch kompensierter Optokoppler in Spannungswandlern. Teil 2. Schema, Beschreibung

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Anwendung thermisch kompensierter Optokoppler in Spannungswandlern. Teil 2. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Die einfachste analoge Optokoppler-Isolation, die in Automobil-PNs anwendbar ist, ist ein Teiler-Optokoppler-ION. Dargestellt ist ein Fragment eines echten Netzteils zur Versorgung einer Single-Ended-Röhrenschaltung (in Klasse A). Durch die Unterstützung der Zenerdiode (39 V) wird der Einfluss der Temperaturinstabilität des Optokopplers praktisch eliminiert. Aber um welchen Preis: um den Preis einer Erhöhung des Übertragungskoeffizienten der gesamten Kette und einer Einengung des Eingangsspannungsbereichs, bei dem das Ausgangssignal mehr oder weniger linear ist. In Klasse A hat dies bestanden (die alternative „ausgeglichene“ Version hat einen größeren Eingabebereich). Bei einem Transistorverstärker der Klasse B erfordert der Einfluss der Laststromwelligkeit jedoch einen lineareren Sensor mit einem breiten Eingangsspannungsbereich.

Zum ersten Mal fiel mir diese wunderbare Zwei-Optokoppler-Schaltung in Uldis‘ Veröffentlichung über den Spannungswandler, uldis.narod.ru, seines Bordverstärkers auf. Auf diese Weise wird mithilfe eines Optokopplerpaars eine temperaturkompensierte Spannungsrückkopplungsschleife in einem Wandler mit vollständig galvanisch getrenntem Eingangsteil (PWM-Controller) und Ausgangsteil (Filter und Last) realisiert.

Anwendung der thermisch kompensierten Optokoppler-Isolation in Spannungswandlern

Die einfache Reihenschaltung eines Optokopplers mit einem Löschwiderstand ist in Heimgeräten akzeptabel, an Bord jedoch völlig inakzeptabel. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Optokoppler-Übertragungskoeffizienten (er ist immer negativ, etwa 0.5 - 1 % pro Grad) schwankt der Stabilisierungspunkt unangemessen weit. Aus der Grafik (ausgeschnitten aus dem TLP621-Datenblatt) lässt sich abschätzen, dass die Übertragungskoeffizienten bei -25 °C und +75 °C für Eingangsströme von 1 mA (TC 1.7–5 %/Grad) und 25 zu 0.5:0.8 zusammenhängen :1 für Ströme unter 2.5 mA (TC 5–0.7 % Grad). Aus diesem Grund beträgt der vom Hersteller empfohlene Eingangsstrom (LED) übrigens nur 1.5..5mA – die Drift ist minimal.

Anwendung der thermisch kompensierten Optokoppler-Isolation in Spannungswandlern

Der temperaturkompensierte Schaltkreis reduziert den TK des gesamten Schaltkreises aufgrund der Tatsache, dass der zweite Optokoppler (in Abbildung A1) den Strom des Primärkreises stiehlt und der Anteil des gestohlenen Stroms mit dem gleichen TK wie der des Primärkreises schwimmt Optokoppler (in Abbildung A2). Unter der Annahme, dass die Übertragungskoeffizienten A1, A2 gleich K sind (ziemlich akzeptabel), beträgt der Dämpfungskoeffizient des Emitterfolgerstroms D = R3/R2. Wir lösen die einfachste Gleichung und erhalten das Verhältnis des Stroms durch R2 (Ausgang) zum Strom der Eingangs-LED.

Durch Einsetzen der Temperaturabhängigkeit K=K0-B(T-T0), wobei K0 der Wert bei T0=+25 °C und B der Temperaturkoeffizient ist, können Sie die Gleichung für die Temperatur lösen und den optimalen Koeffizienten des Ausgangsteilers D finden . Im normalen Bereich der B-Änderungen (0.5–1.5 %/Grad) entspricht der optimale Koeffizient D ungefähr dem Quadrat von K0. Der Regelfehler an den Rändern des Temperaturbereichs nimmt mit steigendem K0 ab. Im Allgemeinen ist es möglich, die Drift des Übertragungskoeffizienten der gesamten OOS-Schaltung im Vergleich zu einem unkompensierten Teiler um das Fünffache zu reduzieren.

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K0 = 1, B=0.5% : D=1..1.5 (Regelfehler im Bereich -25..+75С nicht mehr als 7%)

K0 = 0.5, B=0.5 % : D=0.25..0.4 (Regelfehler 4 %)

K0 = 1, V=1 % : D=1..1.2 (Regelfehler 12 %)

K0 = 2, V=1 % : D=4.4 (Regelfehler 10 %)

K0 = 4, V=1 % : D=17 (Regelfehler 10 %)

Berechnung der Nennwerte für Uin = 250 V, Reglerreferenzpegel Uref = 5.0 V, K0 = 3. Wir stellen den Eingangsstromkreis auf den minimal möglichen Wert (5 mA) ein, dann ist R1 = 250 V/5 mA > 47 kOhm. Verlustleistung R1 bei 25 % Überspannung P=(300V)^2/47k=1.9W. Wir wählen D=3^2=9 (dann X = 1.5). Der Strom durch R2 beträgt X*Iin=7.5 mA, die Spannung über R2 beträgt Uref+Ube=5.0+0.6=5.6 V, R2=5.6 V/7.5 mA > 750 Ohm. R3 = DR2 > 6.8 kOhm. Der Gesamtstromverbrauch des Sekundärkreises aus der +12V-Batterie beträgt 8.5 mA. Die maximale Verlustleistung des aktiven Geräts fällt auf den Transistor A1 und beträgt 7.5 mA * (12 V-5.6 V) > 50 mW (alles ist normal).

Autor: Uldis; Veröffentlichung: uldis.narod.ru

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