光耦傳輸比(CTR)對開關電源的影響

2020-11-27 電子工程專輯

CTR電流傳輸比（Current transfer ration）是用於描述光耦合器特性的參數，可表示為：

光耦的技術參數主要有發光二極體正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發射極反向擊穿電壓V（BR）CEO、集電極-發射極飽和壓降VCE（sat）。此外，在傳輸數位訊號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。
普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF）很接近於直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號，能使輸出與輸入之間呈線性關係。這是它的一項非常重要特性。
電流傳輸比是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恆定時，它等於直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。採用一隻光敏三極體的光耦合器，CTR的範圍大多為20%～300%（如4N35），而PC817系列則為50%～600%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數與電晶體的hFE有某種相似之處。
使用光耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設計電路時，下列所選用的光耦合器必須符合國內和國際有關隔離擊穿電壓的標準。鑑於此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適合傳輸數位訊號（高、低電平），可以用於單片機的輸出隔離；所選用的光耦合器必須具有較高的耦合係數。

在開關電源的隔離中，以及設計光耦反饋式開關電源時，必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須遵循下列原則： 
1、推薦採用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。
2、光耦合器的電流傳輸比（CTR）的允許範圍是50%～200%。這是因為當CTR<50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流（IF>5.0mA），才能正常控制單片開關電源IC的佔空比，這會增大光耦的功耗。若CTR>200%，在啟動電路或者當負載發生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發，影響正常輸出。
3、若用放大器電路去驅動光耦合器，必須精心設計，保證它能夠補償耦合器的溫度不穩定性和漂移。
以下是常見光耦合器PC817系列的一些參數（僅供參考）：

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    2、線性或非線性 線性關係指的是CTR-IF的關係，一定範圍內，對於非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合於開關信號的傳輸，不適合於傳輸模擬量。而線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，並且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制，常用的線性光耦有PC817系列。 例如對於開關電源中常用的光耦是線性光耦，不能能使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現寄生振蕩。
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