在隔離型開(kāi)關(guān)電源中經(jīng)常會(huì)采用光耦PC817匹配運(yùn)放TL431來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離反饋功能，其中TL431是主要的環(huán)路補(bǔ)償器件(實(shí)現(xiàn)PID或者Type類(lèi)補(bǔ)償器)而PC817則主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離功能。但實(shí)際中如果光耦PC817的周邊電阻匹配不恰當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致某些條件下環(huán)路不能正常工作，給調(diào)試工作帶來(lái)不必要的麻煩。下面就以圖一電路為例簡(jiǎn)單介紹PC817周邊電阻的設(shè)計(jì)方法。
圖1 PC817+TL431電路
首先了解一下PC817和TL431的特性：
一、光耦PC817跟三極管有些類(lèi)似，三極管中集電極電流和基極電流關(guān)系約為Ic=β*Ib，在PC817中集電極和“基極”的電流關(guān)系約為IL=Ctr*If，其中Ctr(Current transfer ratio)等同于三極管中的β。不同之處這個(gè)Ctr是個(gè)隨電流If變化的曲線，PC817x中有多種型號(hào)對(duì)應(yīng)著不同的Ctr，常用的是PC817A，見(jiàn)下表。
表1 PC817x對(duì)應(yīng)的Ctr
PC817A的Ctr曲線如下：
圖2 數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)比Ctr擬合曲線
為方便后續(xù)計(jì)算用兩段擬合曲線拼出Ctr曲線，這里也可以采用多段線性拼接的方式。
二、TL431正常工作時(shí)要滿足兩個(gè)條件:
1、TL431集電極電壓要大于2.5V
2、TL431集電極電流要大于0.6mA
這兩個(gè)條件間接的影響了PC817的參數(shù)設(shè)計(jì)。
跟三極管類(lèi)似，PC817的參數(shù)設(shè)計(jì)就是對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，其周邊共有三個(gè)電阻所以參數(shù)設(shè)計(jì)也分為三步。
第一步，電阻RL的參數(shù)設(shè)計(jì)
參考圖1，PC817輸出電壓FB滿足公式：
FB=Vcc-IL*RL 公式(1)
首先根據(jù)電源控制IC給定的FB腳電壓范圍設(shè)定FBmax和FBmin其次設(shè)置一個(gè)最大Ifmax利用公式可以求出最小RL值，見(jiàn)下圖。
圖3-1 電阻RL計(jì)算方法
反過(guò)來(lái)如果先給定最小電阻RL再求最大電流If也是可行的，這里電阻RL的選取參考功耗和環(huán)路速度這兩方面，RL取值越大則電路功耗越低但環(huán)路響應(yīng)也越慢，因?yàn)楣怦钜肓艘粋€(gè)極點(diǎn)見(jiàn)下圖：
圖3-2 電阻RL對(duì)極點(diǎn)的影響
如圖3-2電阻RL越小極點(diǎn)頻率越高，如果取RL=1kΩ則對(duì)10kHz以內(nèi)的影響幾乎可以忽略。
第二步，電阻Rf的參數(shù)設(shè)計(jì)
因匹配的TL431有最小工作電流限制，這里的電阻Rf就依此來(lái)設(shè)計(jì)。參考圖1，PC817的輸入電流If滿足公式：
VF/Rf+Ifmin>Ikamin 公式(2)
設(shè)發(fā)光二極管的壓降VF=1.2V，TL431的最小工作電流Ikamin=1mA(綜合溫度、參數(shù)漂移等影響留一定余量)，利用公式(1)計(jì)算出的最小電流Ifmin可以求出最大Rf阻值，見(jiàn)下圖。
圖4-1 電阻Rf計(jì)算方法
某些情況下電阻Rf可以省掉進(jìn)一步降低功耗，舉個(gè)例子假設(shè)控制IC的FB范圍為0~3V，重新計(jì)算的結(jié)果為：
圖4-2 不需要電阻Rf的情況
圖4-2假設(shè)的例子中發(fā)光二極管最小工作電流Ifmin=1.9mA大于TL431的最小工作電流Ikamin=1mA，所以這里就不再需要電阻Rf了。
第三步，電阻RD的參數(shù)設(shè)計(jì)
因匹配的TL431有最小工作電壓限制，這里的電阻RD就依此來(lái)設(shè)計(jì)。參考圖1，TL431的輸出電壓滿足公式：
Vka=Vo-Ika*RD-VF 公式(3)
公式中的Ika是TL431的集電極電流等于發(fā)光二極管電流If與流經(jīng)電阻Rf的電流之和。
圖5 電阻RD計(jì)算方法
按照上述三步設(shè)計(jì)的參數(shù)已經(jīng)可以讓光耦PC817工作在一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)上，下面再進(jìn)行反向驗(yàn)證，可以代入之前計(jì)算的電阻值也可以代入自定義電阻值，根據(jù)之前計(jì)算的極值在TL431集電極處注入一交流電壓信號(hào)就可以得出各工況下的電壓、電流及功耗波形。
首先電壓波形驗(yàn)證，
圖6 電壓驗(yàn)證
圖6中注入電壓信號(hào)最低值2.5V、最高值8.97V，輸出FB端電壓最低0.2V、最高4.8V跟設(shè)定值一致。
其次電流波形驗(yàn)證
圖7 電流驗(yàn)證
圖7中TL431最小電流1mA，PC817最大電流4mA跟設(shè)定值一致。
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