CN102856063B - 用于隔离放大器的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种用于隔离放大器的变压器，包括环形磁芯，环形磁芯上绕有原边绕组以及副边绕组：原边绕组，其同名端连接一直流电压源，异名端连接开关三极管；副边绕组包括四个供电绕组、两个解调绕组以及一个调制绕组；四个供电绕组分别连接整流电路；开关三极管导通时为功率传输周期，开关三极管截止时为信号传输周期，使得本发明实现传输功率和传输信号两种功能；其中原边绕组与供电绕组的耦合实现传输功率的功能，原边绕组与调制绕组以及解调绕组的耦合实现传输信号的功能。本发明具有耦合电容小，隔离电压大，漏感小以及体积小等优点。

Description

用于隔离放大器的变压器

技术领域

本发明涉及电子元件，尤其是一种适用于隔离放大器上的变压器。

背景技术

隔离放大器是一种连接于输入电路和输出电路之间电气绝缘的放大器，采用变压器或光耦合传递信号，在工业控制、信号测量和医疗器械，信号放大等各个方面获得广泛应用。隔离放大器作用是对模拟信号进行隔离，并按照一定的比例放大，要求输出的信号失真要小，线性度、精度、带宽、隔离耐压等参数都要达到使用要求。

一般情况下，变压器作为单一功能来使用：一种功能是传输功率，归类为电源变压器；另一种功能是传输信号，并实现电气隔离。

现有变压器耦合类隔离放大器中，使用两个变压器来实现上述两种功能，一个是传输功率的电源变压器，另一个是实现传输信号或电气隔离功能的变压器。由于两种变压器分别带有各自的磁芯，对单独传输信号或电气隔离功能的变压器，每个绕组之间的隔离电压或耦合电容要求不高，采用双线并绕的结构即可。本专利申请人在试制变压器耦合类隔离放大器工作中，遇到了变压器制作难题，因为本专利申请人试制的变压器耦合类隔离放大器，用户要求大幅度减小其体积，只能够使用一个变压器，该变压器必须同时完成功率以及信号的传输，要求传输信号的变压器中的解调绕组对称性和一致性好，若采用现有双线并绕结构，绕组之间的对称性和一致性达到要求，但两个绕组间的耦合电容太大，而且隔离电压太小，不能满足产品电性能要求，因此普通双线并绕的结构不能达到上述使用一个变压器的要求。

发明内容

本申请人针对上述大幅度减小变压器耦合类隔离放大器体积、只能够使用一个变压器的用户要求，提供一种用于隔离放大器的变压器，其既能够传输功率，又能够传输信号，并实现电气隔离，以及具有漏感小、解调绕组对称性与一致性好的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于隔离放大器的变压器，

包括环形磁芯，环形磁芯上绕有原边绕组W1以及副边绕组：

原边绕组W1，其同名端连接一直流电压源，原边绕组W1的异名端与开关三极管T的集电极连接，开关三极管T的基极输入一脉冲电压，开关三极管T的发射极接地；

副边绕组，包括第二供电绕组W2～第五供电绕组W5、第一解调绕组W6及第二解调绕组W7以及调制绕组W8；

所述第二供电绕组W2～第五供电绕组W5分别连接整流电路；

所述第一解调绕组W6的连接结构为：第一解调绕组W6的异名端连接电平移位电路的输入端Vout1，所述电平移位电路的输入端Vout1与输入解调器连接，第一解调绕组W6的同名端与所述电平移位电路的接地端连接；第一解调绕组W6的异名端并与第六二极管D6的负极连接，第六二极管D6的正极通过连接的第六滤波电容器C6接地；

所述第二解调绕组W7的连接结构为：第二解调绕组W7的异名端连接电平移位电路的输出端Vout2，所述电平移位电路的输出端Vout2与输出解调器连接，第二解调绕组W7的同名端与所述电平移位电路的接地端连接；第二解调绕组W7的异名端并与第七二极管D7的负极连接，第七二极管D7的正极通过连接的第七滤波电容器C7接地；

所述调制绕组W8的连接结构为：调制绕组W8的同名端与第八二极管D8的负极连接，第八二极管D8的正极连接调制器的输出端，调制绕组W8的异名端与所述调制器的接地端连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第二供电绕组W2以及第五供电绕组W5分别连接的整流电路为：第二供电绕组W2的同名端以及第五供电绕组W5的同名端分别与第二二极管D2以及第五二极管D5的正极连接，第二二极管D2以及第五二极管D5的负极分别为供电输出端，所述供电输出端分别连接第二滤波电容器C2以及第五滤波电容器C5；所述第三供电绕组W3以及第四供电绕组W4分别连接的整流电路为：第三供电绕组W3的异名端以及第四供电绕组W4的异名端分别与第三二极管D3以及第四二极管D4的负极连接，第三二极管D3以及第四二极管D4的正极分别为供电输出端，所述供电输出端分别连接第三滤波电容器C3以及第四滤波电容器C4。

所述第一解调绕组W6及第二解调绕组W7的匝数及电感量相同，第一解调绕组W6及第二解调绕组W7的同名端位置以通过环形磁芯中心的轴线为镜像对称。

所述第二供电绕组W2与第四供电绕组W4以及第三供电绕组W3与第五供电绕组W5分别位于环形磁芯的两端，并分别为双线并绕结构。

所述各线圈绕组的起始端与终止端通过绝缘外表层绞合。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明将原边绕组以及副边绕组绕于同一环形磁芯上，原边绕组连接开关三极管电路，开关三极管导通时为本发明传输功率的周期，开关三极管截止时为传输信号的周期，使得本发明实现传输功率和传输信号两种功能；其中原边绕组与供电绕组的耦合实现传输功率的功能，原边绕组与调制绕组以及解调绕组的耦合实现传输信号的功能；

（2）供电绕组采用整流二极管与滤波电容器构成的L型滤波器，电路结构简单，成本低；

（3）第一解调绕组W6与第二解调绕组W7的匝数及电感量相同，并采用镜像对称的绕线结构，相比于现有技术中普通变压器的绕线结构，其一致性与对称性（电感量）高出3-5倍，从而满足产品电性能的使用要求；

（4）第二供电绕组W2与第四供电绕组W4以及第三供电绕组W3与第五供电绕组W5分别位于环形磁芯1的两端，并分别为双线并绕结构，容易使并绕的两个线圈电气特性达成一致；

（5）各线圈绕组的起始端与终止端通过绝缘外表层绞合,提高各线圈闭合性能，减少漏磁，有利于满足第一解调绕组W6与第二解调绕组W7的平衡对称性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路图。

图3为本发明开关三极管工作状态图。

其中：环形磁芯-1；开关三极管-T；原边绕组-W1；第二供电绕组-W2；第三供电绕组-W3；第四供电绕组W4；第五供电绕组W5；第一解调绕组-W6；第二解调绕组W7；调制绕组-W8；第一二极管-D1；第二二极管-D2；第三二极管-D3；第四二极管-D4；第五二极管-D5；第六二极管-D6；第七二极管-D7；第八二极管-D8；第二滤波电容器-C2；第三滤波电容器-C3；第四滤波电容器-C4；第五滤波电容器-C5；第六滤波电容器-C6；第七滤波电容器-C7；电平移位电路的输入端-Vout1；电平移位电路的输出端-Vout2。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明包括环形磁芯1，环形磁芯1上绕有原边绕组W1以及副边绕组：

见图2，原边绕组W1，其同名端连接一直流电压源（15V），原边绕组W1的异名端与开关三极管T的集电极连接，开关三极管T的基极输入一脉冲电压，开关三极管T的发射极接地；

副边绕组，包括第二供电绕组W2～第五供电绕组W5、第一解调绕组W6及第二解调绕组W7以及调制绕组W8；

第二供电绕组W2～第五供电绕组W5分别连接整流电路；

第二供电绕组W2以及第五供电绕组W5分别连接的整流电路为：第二供电绕组W2的同名端以及第五供电绕组W5的同名端分别与第二二极管D2、第五二极管D5的正极连接，第二二极管D2、第五二极管D5的负极分别为供电输出端，供电输出端分别连接第二滤波电容器C2、第五滤波电容器C5；第三供电绕组W3以及第四供电绕组W4分别连接的整流电路为：第三供电绕组W3的异名端以及第四供电绕组W4的异名端分别与第三二极管D3、第四二极管D4的负极连接，第三二极管D3、第四二极管D4的正极分别为供电输出端，供电输出端分别连接第三滤波电容器C3、第四滤波电容器C4。

第一解调绕组W6的连接结构为：第一解调绕组W6的异名端连接电平移位电路的输入端，电平移位电路的输入端Vout1与输入解调器连接，第一解调绕组W6的同名端与电平移位电路的接地端连接；第一解调绕组W6的异名端与第六二极管D6的负极连接，第六二极管D6的正极通过连接的第六滤波电容器C6接地；

第二解调绕组W7的连接结构为：第二解调绕组W7的异名端连接电平移位电路的输入端，电平移位电路的输出端Vout2与输出解调器连接，第二解调绕组W7的同名端与电平移位电路的接地端连接；第二解调绕组W7的异名端与第七二极管D7的负极连接，第七二极管D7的正极通过连接的第七滤波电容器C7接地；

调制绕组W8的连接结构为：调制绕组W8的同名端与第八二极管D8的负极连接，第八二极管D8的正极连接调制器的输出端，调制绕组W8的异名端与调制器的接地端连接。

第二供电绕组W2与第四供电绕组W4以及第三供电绕组W3与第五供电绕组W5分别位于环形磁芯1的两端，并分别为双线并绕结构。

第一解调绕组W6及第二解调绕组W7的匝数及电感量相同，第一解调绕组W6及第二解调绕组W7的同名端位置以通过环形磁芯1中心的轴线为镜像对称。

上述电平移位电路、输入解调器、输出解调器皆为现有技术。

第一解调绕组W6及第二解调绕组W7的一致性与对称性要求极高（电感量相同）。见图1，第一解调绕组W6和第二解调绕组W7分布于环形磁芯1水平轴线的上下两边，第一解调绕组W6和第二解调绕组W7的同名端关于环形磁芯1水平轴线镜像对称，第一解调绕组W6和第二解调绕组W7绕组距离原边绕组W1的磁路长度le相等，保证第一解调绕组W6和第二解调绕组W7保持一致、对称。

原边绕组W1、第一解调绕组W6和第二解调绕组W7其匝间应均匀、紧密，各线圈绕组的起始端与终止端通过绝缘外表层绞合,以便提高各线圈闭合性能，减少漏磁，有利于第一解调绕组W6与第二解调绕组W7的平衡对称性能。原边绕组W1、第一解调绕组W6和第二解调绕组W7线圈匝数均为8圈，第二供电绕组W2～第五供电绕组W5的线圈匝数均为5圈，调制绕组W8的线圈匝数为3圈。经测试，第一解调绕组W6和第二解调绕组W7的电感量误差小于0.15％，比现有技术中分别在两个磁芯上采用双线并绕结构电感量的精度提高4倍，原边绕组W1的漏感小于1.8％，隔离电压大，完全满足使用要求。

本发明的工作原理如下：

本发明可以同时传输功率与传输信号。

见图2和图3，当开关三极管T导通时为功率传输周期：

第二供电绕组W2～第五供电绕组W5感应出上正下负的电压极性，通过第二二极管D2～第五二极管D5整流，并通过第二滤波电容器C2～第五滤波电容器C5的滤波给负载供电，完成传输功率功能；同时，第一解调绕组W6与第二解调绕组W7电压极性为上负下正，第六二极管D6、第七二极管D7处于导通状态，提供-15V下拉电平；调制绕组W8电压极性为上正下负，第八二极管D8处于截止状态, 调制器不工作。

见图2和图3，当开关三极管T截止时为信号传输周期：

第二供电绕组W2～第五供电绕组W5感应出上负下正的电压极性，此时，第二二极管D2～第五二极管D5处于截止状态，供电整流回路（功率传输）不工作；调制绕组W8的电压极性为上负下正，第八二极管D8处于导通状态, 调制器开始工作，通过控制调制绕组W8中流过的电流大小来控制变压器中的峰值电压的大小；此时变压器原边绕组W1产生的峰值电压分别在第一解调绕组W6和第二解调绕组W7上感应出上正下负的电压，第六二极管D6、第七二极管D7处于截止状态，给电平移位电路提供信号，电平移位电路的输出端Vout1为解调输入，电平移位电路的输出端Vout2为解调输出，这样完成信号传输功能。

本发明耦合电容小，隔离电压大，能满足产品电性能使用要求。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种用于隔离放大器的变压器，其特征在于：

包括环形磁芯（1），环形磁芯（1）上绕有原边绕组（W1）以及副边绕组：

原边绕组（W1），其同名端连接一直流电压源，原边绕组（W1）的异名端与开关三极管（T）的集电极连接，开关三极管（T）的基极输入一脉冲电压，开关三极管（T）的发射极接地；

副边绕组，包括第二供电绕组（W2）～第五供电绕组（W5）、第一解调绕组（W6）及第二解调绕组（W7）以及调制绕组（W8）；

所述第二供电绕组（W2）～第五供电绕组（W5）分别连接整流电路；

所述第一解调绕组（W6）的连接结构为：第一解调绕组（W6）的异名端连接第一电平移位电路的输入端（Vout1），所述第一电平移位电路的输入端（Vout1）与输入解调器连接，第一解调绕组（W6）的同名端与所述第一电平移位电路的接地端连接；第一解调绕组（W6）的异名端与第六二极管（D6）的负极连接，第六二极管（D6）的正极通过连接的第六滤波电容器（C6）接地；

所述第二解调绕组（W7）的连接结构为：第二解调绕组（W7）的异名端连接第二电平移位电路的输出端（Vout2），所述第二电平移位电路的输出端（Vout2）与输出解调器连接，第二解调绕组（W7）的同名端与所述第二电平移位电路的接地端连接；第二解调绕组（W7）的异名端与第七二极管（D7）的负极连接，第七二极管（D7）的正极通过连接的第七滤波电容器（C7）接地；

所述调制绕组（W8）的连接结构为：调制绕组（W8）的同名端与第八二极管（D8）的负极连接，第八二极管（D8）的正极连接调制器的输出端，调制绕组（W8）的异名端与所述调制器的接地端连接。

2.如权利要求1所述的用于隔离放大器的变压器，其特征在于：所述第二供电绕组（W2）以及第五供电绕组（W5）分别连接的整流电路为：第二供电绕组（W2）的同名端以及第五供电绕组（W5）的同名端分别与第二二极管（D2）以及第五二极管（D5）的正极连接，第二二极管（D2）以及第五二极管（D5）的负极分别为供电输出端，所述供电输出端分别连接第二滤波电容器（C2）以及第五滤波电容器（C5）；所述第三供电绕组（W3）以及第四供电绕组（W4）分别连接的整流电路为：第三供电绕组（W3）的异名端以及第四供电绕组（W4）的异名端分别与第三二极管（D3）以及第四二极管（D4）的负极连接，第三二极管（D3）以及第四二极管（D4）的正极分别为供电输出端，所述供电输出端分别连接第三滤波电容器（C3）以及第四滤波电容器（C4）。

3.如权利要求1所述的用于隔离放大器的变压器，其特征在于：所述第一解调绕组（W6）及第二解调绕组（W7）的匝数及电感量相同，第一解调绕组（W6）及第二解调绕组（W7）的同名端位置以通过环形磁芯（1）中心的轴线为镜像对称。

4.如权利要求1所述的用于隔离放大器的变压器，其特征在于：所述第二供电绕组（W2）与第四供电绕组（W4）以及第三供电绕组（W3）与第五供电绕组（W5）分别位于环形磁芯（1）的两端，并分别为双线并绕结构。

5.如权利要求1所述的用于隔离放大器的变压器，其特征在于：所述各线圈绕组的起始端与终止端通过绝缘外表层绞合。