光耦继电器产品性能在未来所面临的挑战！-先进光半导体

    满足市场对提高性能的需求时，隔离式AC/DC，DC/DC或DOSA兼容电源模块的设计人员面临挑战。本文介绍了数字隔离器误差放大器，它改善了初级侧控制架构的瞬态响应和工作温度范围。初级侧控制器的传统应用是使用光耦合器提供反馈环路隔离，并使用并联稳压器作为误差放大器和基准。尽管通常被认为是用于电源的廉价隔离器，但光耦合器会将环路带宽限制为最大50kHz，实际上，它可能要低得多。使用快速可靠的数字隔离器电路将隔离式误差放大器和精密基准功能集成到单个封装中，将导致具有低得多的温度漂移和更高带宽的精密隔离式误差放大器。隔离误差放大器可以实现超过250kHz的环路带宽，这使得隔离式主电源设计可以以更快的开关速度运行。借助正确的电源拓扑，更快的开关速度可以使用更小的输出滤波电感器和电容器来实现更紧凑的电源。

    我们将研究的初始拓扑是反激式转换器，因为这是就组件数量而言最简单的电路。反激电路的开关最少，在这种情况下，初级侧只有一个，而次级侧则有一个整流二极管。简单的反激电路通常用于相对较低的输出功率，但是由于右半平面（RHP）零，它确实具有高输出纹波电流和低交叉频率。结果，反激电路需要具有大输出纹波电流额定值的大输出电容值。光耦合器方法如图1所示，其中涉及使用并联稳压器充当隔离输出电压VO的反馈电压的误差放大器。当用作精度标准时，并联稳压器可提供典型值为2％的参考电压。内部误差放大器将分压后的输出电压与并联稳压器的参考电压进行比较，然后将输出馈入光耦合器LED电路。光耦合器LED由输出电压和串联电阻提供的电流偏置，所需电流量基于其数据手册中所述的光耦合器电流传输（CTR）特性。

    CTR是输出晶体管电流与输入LED电流的比率。CTR特性不是线性的，并且因光耦合器而异。如图2所示，光耦合器的CTR会随着工作寿命而变化，这使得可靠性设计非常具有挑战性。在高功率和高密度电源的高温环境中使用或维修多年后，其CTR将降低40％。当光耦合器用作线性器件时，它具有相对较慢的传输特性（较小的信号带宽约为50kHz），这会导致电源的环路响应变慢。对于反激式拓扑，慢速传输特性可能不是问题，因为此拓扑要求误差放大器的补偿减小环路带宽以保持稳定的输出。光耦合器需要考虑的问题是，其输出特性随时间的变化会迫使设计人员进一步降低环路响应，以确保环路的稳定性。环路响应较慢的缺点是，这会降低瞬态响应，并且在负载瞬态之后，输出电压将需要更长的时间才能恢复。增加较大的输出电容可以帮助减少输出电压降，但会增加输出响应时间。当更小且成本更低的解决方案可能是更可取的时，这导致更大，更昂贵的电源设计。

    在说明了获得光耦合器作为线性隔离器的稳定工作的困难之后，可以检查隔离误差放大器在一段时间和极端温度下提供稳定和可靠性能的能力。如图3所示，现在将分流调节器和VREF功能替换为宽带运算放大器和1.225V参考部分，并且将光耦合器替换为基于数字隔离器技术的快速线性隔离器。器件右侧的运算放大器具有连接至内部1.225V参考电压的同相+IN引脚和可通过以下方式连接隔离的DC-DC转换器输出中的反馈电压的-IN反相引脚。分压器。COMP引脚是运算放大器的输出，可用于在补偿网络中连接电阻器和电容器组件。COMP引脚在内部驱动发射器模块，该模块将运算放大器的输出电压转换为调制脉冲输出，用于驱动数字隔离变压器。在隔离误差放大器的左侧，对变压器输出信号进行解码，并将其转换为驱动放大器模块的电压。放大器模块产生可在EAOUT引脚上获得的误差放大器输出，该输出用于驱动DC-DC电路中PWM控制器的输入。