申请/专利权人：中国科学院空间应用工程与技术中心

申请日：2019-01-16

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109709368B

主分类号：G01R15/18

分类号：G01R15/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.05.28#实质审查的生效;2019.05.03#公开

摘要：本发明公开了一种脉冲采样隔离电路，涉及磁隔离领域。包括：依次连接的初级电路、变压器和次级电路，所述初级电路包括：振荡器、第一NMOS管、第二NMOS管、PMOS管、第一电阻、第一二极管和第一电容。本发明提供的脉冲采样隔离电路，通过振荡器输出的高电平和低电平控制各个NMOS管的导通和截止，实现了把全幅度范围误差信号无延时地由变换器的次级电路传递至初级电路，具有电路结构简单、器件使用数量少、电路体积小、重量轻且成本低的优点，具有很高的可靠性。

主权项：1.一种脉冲采样隔离电路，其特征在于，包括：依次连接的初级电路1、变压器T和次级电路2，所述初级电路1包括：振荡器Y、第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、PMOS管Q3、第一电阻R1、第一二极管D1和第一电容C1，其中：所述振荡器Y的输出端分别与所述第一NMOS管Q1的g端和所述第二NMOS管Q2的g端连接，所述第一NMOS管Q1的s端分别与所述第一电阻R1的一端和所述第二NMOS管Q2的s端连接并接地，所述第二NMOS管Q2的d端分别与所述第一电阻R1的另一端和所述第一电容C1的负极连接，作为所述脉冲采样隔离电路的输出端，所述第一电容C1的正极分别与所述PMOS管Q3的s端和所述第一二极管D1的负极连接，所述PMOS管Q3的d端与所述变压器T的初级线圈的同名端连接，所述PMOS管Q3的g端分别与所述第一二极管D1的正极、所述变压器T的初级线圈的异名端和所述第一NMOS管Q1的d端连接。

全文数据：一种脉冲采样隔离电路技术领域本发明涉及磁隔离领域，尤其涉及一种脉冲采样隔离电路。背景技术由于太空电磁环境的特殊性，应用于航天器上的功率变换反馈电路大多采用磁隔离的方式。功率变换器输出参数经采样后与参数基准比较产生误差信号，用该误差信号调制高频载波信号，经调制后的高频信号通过信号变压器传递至功率变换电路的初级电路，把该信号解调后生成与次级误差信号成一定比例关系的信号，从而实现了输出参数与反馈信号的磁隔离。目前，航天领域的功率变换反馈电路常采用两种，一种是使用TI公司的隔离反馈发生器UC1901组成磁反馈电路，电源输出电压经分压电阻分压后与UC1901内部基准源进行比较，产生的误差信号经放大后对UC1901内部振荡器输出信号进行幅度调制，从而把直流误差信号变换成高频脉冲信号，然后通过变压器传递至变换器初级PWM控制器。另一种使用两个正激变换的双向磁隔离器，其中一个正激变换器把能量从初级电路传递至次级电路，给次级电路提供电源，另一个正激变换器把误差信号从次级电路传递至初级电路，从而实现了误差信号的磁隔离。然而，上述方案都具有结构复杂，使用器件多，成本高的缺点，并且存有当次级误差信号降低较快时，传递到初级电路存在一定的时间滞后的问题。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种脉冲采样隔离电路。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种脉冲采样隔离电路，包括：依次连接的初级电路、变压器和次级电路，所述初级电路包括：振荡器、第一NMOS管、第二NMOS管、PMOS管、第一电阻、第一二极管和第一电容，其中：所述振荡器的输出端分别与所述第一NMOS管的g端和所述第二NMOS管的g端连接，所述第一NMOS管的s端分别与所述第一电阻的一端和所述第二NMOS管的s端连接并接地，所述第二NMOS管的d端分别与所述第二电阻的另一端和所述第一电容的负极连接，作为所述脉冲采样隔离电路的输出端，所述第一电容的正极分别与所述PMOS管的s端和所述第一二极管的负极连接，所述PMOS管的d端与所述变压器的初级线圈的同名端连接，所述PMOS管的g端分别与所述第一二极管的正极、所述变压器的初级线圈的异名端和所述第一NMOS管的d端连接。本发明的有益效果是：本发明提供的脉冲采样隔离电路，通过振荡器输出的高电平和低电平控制各个NMOS管的导通和截止，实现了把全幅度范围误差信号无延时地由变换器的次级电路传递至初级电路，输出信号与输入信号在全幅值范围完全相等，输入信号瞬时跌落可以无延时传递，提高了变换器瞬态响应能力，同时，利用振荡器作为该电路的激励源，可以方便的实现多变换器协同工作，还具有电路结构简单、器件使用数量少、电路体积小、重量轻且成本低的优点，具有很高的可靠性。本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。附图说明图1为本发明脉冲采样隔离电路的实施例提供的电路连接示意图；图2为本发明脉冲采样隔离电路的其他实施例提供的电路连接示意图；图3为本发明脉冲采样隔离电路的其他实施例提供的电路连接示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1所示，为本发明脉冲采样隔离电路的实施例提供的电路连接示意图，该电路包括：依次连接的初级电路1、变压器T和次级电路2，初级电路1包括：振荡器Y、第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、PMOS管Q3、第一电阻R1、第一二极管D1和第一电容C1，其中：振荡器Y的输出端分别与第一NMOS管Q1的g端和第二NMOS管Q2的g端连接，第一NMOS管Q1的s端分别与第一电阻R1的一端和第二NMOS管Q2的s端连接并接地，第二NMOS管Q2的d端分别与第二电阻R2的另一端和第一电容C1的负极连接，作为脉冲采样隔离电路的输出端，第一电容C1的正极分别与PMOS管Q3的s端和第一二极管D1的负极连接，PMOS管Q3的d端与变压器T的初级线圈的同名端连接，PMOS管Q3的g端分别与第一二极管D1的正极、变压器T的初级线圈的异名端和第一NMOS管Q1的d端连接。需要说明的是，振荡器Y输出的信号频率是整个电路的基准频率，其宽度为PWM波的死区时间，可以同步整个电路的振荡器Y频率实现多个电路的同步工作。初级电路1至次级电路2的能量传递占用的是死区时间，确保整个电路占空比或频率设定的时效性，并且信号为脉冲传递，无输出平滑电路，改善了动态响应性能。下面对该脉冲采样隔离电路的工作原理进行说明。当振荡器Y输出低电平时，此时第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2和PMOS管Q3截止，变压器T的励磁电感中存储的能量通过次级电路2释放，变压器T工作于反激模式，变压器T的两端相对于GNDP的电压VP+Vin+2VD经第一电容C1和第一二极管D1后在第一电阻R1上降为Vin，从而得到了与Vin幅值相等的Vout输出。其中，VD为第二二极管D2的正向导通压降。本实施例提供的脉冲采样隔离电路，通过振荡器Y输出的高电平和低电平控制各个NMOS管的导通和截止，实现了把全幅度范围误差信号无延时地由变换器的次级电路2传递至初级电路1，输出信号与输入信号在全幅值范围完全相等，输入信号瞬时跌落可以无延时传递，提高了变换器瞬态响应能力，同时，利用振荡器Y作为该电路的激励源，可以方便的实现多变换器协同工作，还具有电路结构简单、器件使用数量少、电路体积小、重量轻且成本低的优点，具有很高的可靠性。可选地，在一些实施例中，次级电路2包括：第二二极管D2，第二二极管D2的正极与变压器T的次级线圈的负极连接，第二二极管D2的负极作为脉冲采样隔离电路的输入端，变压器T的次级线圈的正极接地。优选地，第一二极管D1和第二二极管D2的参数相同。通过选择相同参数的二极管，使初级电路1中的第一二极管D1和次级电路2中的第二二极管D2的压降可以抵消，确保脉冲采样隔离电路可以传递全幅值范围的信号，且不受温度变化的影响。下面结合图2，对本发明的其他可选实施例进行说明。可选地，在一些实施例中，如图2所示，初级电路1还包括：连接在第一电阻R1和第二NMOS管Q2之间的第三二极管D3，第三二极管D3的正极与第二NMOS管Q2的d端连接，第三二极管D3的负极与第一电阻R1的另一端连接。可选地，在一些实施例中，如图2所示，次级电路2包括：第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第二电容C2、第三电容C3、稳压电路3和电压跟随器A，其中：第四二极管D4的正极分别与变压器T次级线圈的正极和第五二极管D5的负极连接，第四二极管D4的负极分别与第二电容C2的正极和稳压电路3连接，稳压电路3分别与电压跟随器A的正电压端和负电压端连接，电压跟随器A的负电压端分别与第五二极管D5的正极、第七二极管D7的正极、第二电容C2的负极、第三电容C3的负极和稳压电路3连接并接地；第六二极管D6的正极分别与变压器T的次级线圈的负极和第七二极管D7的负极连接，第六二极管D6的负极分别与第三电容C3的正极和电压跟随器A的输出端连接，电压跟随器A的输入端作为脉冲采样隔离电路的输入端。下面对该脉冲采样隔离电路的工作原理进行说明。当振荡器Y输出高电平时，第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2和PMOS管Q3导通，第一电容C1的电压与参考电压相同。参考电压可以设置在变压器T初级线圈的同名端处。此时，变压器T工作于正激模式，次级电路2中的第四二极管D4和第七二极管D7导通，给第二电容C2充电，稳压电路3把第二电容C2中的电压稳定后作为次级电路2的供电电源。当振荡器Y输出低电平时，第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2和PMOS管Q3截止，变压器T的励磁电感中存储的能量通过次级电路2释放，此时，变压器T工作于反激模式，第五二极管D5和第六二极管D6导通，误差放大信号通过电压跟随器A后形成受控电压源，将变压器T的次级电压钳位于Veain+2VD，其中，VD第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和稳压电路3中的第八二极管D8的正向导通压降，由于第一电容C1上的电压不能突变，变压器T的两端相对于GNDP的电压VP+Veain+2VD经第一电容C1、第一二极管D1和第三二极管D3后在第一电阻R1上降为Veain，从而得到了与Veain幅值相等的Veaout输出。下面结合图3，对本发明的其他可选实施例进行说明。可选地，在一些实施例中，如图3所示，稳压电路3包括：第八二极管D8、稳压二极管D9、第二电阻R2、NPN型三极管Q4和第四电容C4，其中：第八二极管D8的负极分别与第二电阻R2的一端、NPN型三极管Q4的集电极和第二电容C2的正极连接，第八二极管D8的负极分别与NPN型三极管Q4的发射极、第四电容C4的正极和电压跟随器A的正电压端连接，第二电阻R2的另一端分别与NPN型三极管Q4的基极和稳压二极管D9的负极连接，稳压二极管D9的正极分别与第四电容C4的负极和电压跟随器A的负电压端连接并接地。可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部结构。读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种脉冲采样隔离电路，其特征在于，包括：依次连接的初级电路1、变压器T和次级电路2，所述初级电路1包括：振荡器Y、第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、PMOS管Q3、第一电阻R1、第一二极管D1和第一电容C1，其中：所述振荡器Y的输出端分别与所述第一NMOS管Q1的g端和所述第二NMOS管Q2的g端连接，所述第一NMOS管Q1的s端分别与所述第一电阻R1的一端和所述第二NMOS管Q2的s端连接并接地，所述第二NMOS管Q2的d端分别与所述第二电阻R2的另一端和所述第一电容C1的负极连接，作为所述脉冲采样隔离电路的输出端，所述第一电容C1的正极分别与所述PMOS管Q3的s端和所述第一二极管D1的负极连接，所述PMOS管Q3的d端与所述变压器T的初级线圈的同名端连接，所述PMOS管Q3的g端分别与所述第一二极管D1的正极、所述变压器T的初级线圈的异名端和所述第一NMOS管Q1的d端连接。2.根据权利要求1所述的脉冲采样隔离电路，其特征在于，所述次级电路2包括：第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与所述变压器T的次级线圈的负极连接，所述第二二极管D2的负极作为所述脉冲采样隔离电路的输入端，所述变压器T的次级线圈的正极接地。3.根据权利要求1所述的脉冲采样隔离电路，其特征在于，所述初级电路1还包括：连接在所述第一电阻R1和所述第二NMOS管Q2之间的第三二极管D3，所述第三二极管D3的正极与所述第二NMOS管Q2的d端连接，所述第三二极管D3的负极与所述第一电阻R1的另一端连接。4.根据权利要求3所述的脉冲采样隔离电路，其特征在于，所述次级电路2包括：第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第二电容C2、第三电容C3、稳压电路3和电压跟随器A，其中：所述第四二极管D4的正极分别与所述变压器T次级线圈的正极和所述第五二极管D5的负极连接，所述第四二极管D4的负极分别与所述第二电容C2的正极和所述稳压电路3连接，所述稳压电路3分别与所述电压跟随器A的正电压端和负电压端连接，所述电压跟随器A的负电压端分别与所述第五二极管D5的正极、所述第七二极管D7的正极、所述第二电容C2的负极、所述第三电容C3的负极和所述稳压电路3连接并接地；所述第六二极管D6的正极分别与所述变压器T的次级线圈的负极和所述第七二极管D7的负极连接，所述第六二极管D6的负极分别与所述第三电容C3的正极和所述电压跟随器A的输出端连接，所述电压跟随器A的输入端作为所述脉冲采样隔离电路的输入端。5.根据权利要求4所述的脉冲采样隔离电路，其特征在于，所述稳压电路3包括：第八二极管D8、稳压二极管D9、第二电阻R2、NPN型三极管Q4和第四电容C4，其中：所述第八二极管D8的负极分别与所述第二电阻R2的一端、所述NPN型三极管Q4的集电极和所述第二电容C2的正极连接，所述第八二极管D8的负极分别与所述NPN型三极管Q4的发射极、所述第四电容C4的正极和所述电压跟随器A的正电压端连接，所述第二电阻R2的另一端分别与所述NPN型三极管Q4的基极和所述稳压二极管D9的负极连接，所述稳压二极管D9的正极分别与所述第四电容C4的负极和所述电压跟随器A的负电压端连接并接地。

百度查询： 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种脉冲采样隔离电路

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