CN102969904B - 一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法，属于信号处理领域。初始电源和初始脉冲信号经过处理后，得到符合要求的信号，根据该信号参数确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；结合最小铁芯尺寸和窗口面积S1选取铁芯型号，并计算各绕组的导线匝数；根据导线型号、导线匝数和绝缘要求，计算得到铁芯的窗口面积S2；若S2>S1，则双芯变压器可以实现电源或脉冲信号的高隔离传输；否则，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足隔离传输的要求。该方法采用双芯变压器进行电源及秒冲信号的传输，能减小变压器的初次级间的分布电容。

Description

一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法
技术领域
本发明涉及一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法，属于刚管调制器信号隔离传输技术领域。
背景技术
在浮动刚管调制器中，为保证刚性调制管的正常工作，通常需要提供隔离的初始电源和调制管的同步脉冲，经典的方法是采用超高压单铁芯隔离变压器传输电源，同时，采用根据同步脉冲的宽窄可分别选用光纤或隔离变压器传送同步脉冲。
经典的传输方法存在的问题：超高压单芯隔离变压器通常显得较为笨重，体积较大，而且隔离变压器的初次级间的分布电容较大，在刚管调制器中，该分布电容对调制输出的前后沿带来很大影响。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法，该方法能减小隔离变压器的初次级间的分布电容。
一种电源的高隔离传输方法，其具体实现为：初始供电电源转换为高频方波，输入采用中间多匝模式的双芯变压器的输入端，经双芯变压器传输后，输出电源信号；
所述双芯变压器铁芯的尺寸由绝缘电压和电源功率决定；
所述高频方波的频率为100kHz；
所述双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3构成闭合回路；各绕组的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端；
所述双芯变压器参数的选择过程如下：
步骤一、根据要传输的电源功率，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
步骤二、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤三、根据步骤一确定的最小铁芯尺寸和步骤二中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
步骤四、根据步骤三中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
步骤五、根据步骤一确定的导线型号、步骤四中确定的导线匝数和绝缘电压的要求的面积，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤六、若步骤五中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤二确定的S1，则完成双芯变压器T1的设计；否则，跳转至步骤一，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足隔离传输的要求。
一种脉冲信号的高隔离传输方法，其具体实现为：初始脉冲信号经过低端信号调理电路处理后的信号输入采用中间单匝模式的双芯变压器的输入端，经双芯变压器传输后，输出脉冲信号；
所述双芯变压器铁芯的尺寸由绝缘电压、电源功率决定；
所述的经过低端信号调理电路处理后的信号的电压幅值为15V、脉冲宽度为0.3微秒；
所述双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数均为1匝，绕组2和绕组3构成闭合回路；绕组1和绕组4的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端；
所述双芯变压器参数的选择过程如下：
步骤一、根据加至双芯变压器绕组1的信号的电压幅值、脉冲宽度和要求的隔离工作电压，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
步骤二、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤三、根据步骤一确定的最小铁芯尺寸和步骤二中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
步骤四、根据步骤四中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
步骤五、根据步骤一确定的导线型号、步骤五中确定的导线匝数和绝缘电压的要求的面积，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤六、若步骤五中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤三确定的S1，则完成双芯变压器的设计；否则，跳转至步骤一，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足脉冲信号的隔离传输要求。
有益效果
将初始供电电源转换为高频方波或利用低端信号调理电路对初始脉冲信号进行处理，能有效减小隔离变压器的体积；
与传统传输方法相比，本发明有效减小了传输单元的体积和重量，降低了初次级间的分布电容，从而极大地改善了传输单元对刚性调制器输出波形的影响。
附图说明
图1（a）为电源隔离传输时双芯变压器的架构示意图；
图1（b）为脉冲隔离传输时双芯变压器的架构示意图；
图2为电源传输的初级绕组波形图；
图3为脉冲信号传输的初级绕组波形图；
图4为低端信号调理电路示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种电源及脉冲信号的高隔离传输方法，该方法能减小传输单元的体积和重量，减小隔离变压器的初次级间的分布电容。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种电源的高隔离传输方法的具体实现步骤如下：
如附图1（a）所示，电源传输由采用中间多匝模式的双芯变压器T1完成；所述的双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数相同，绕组2和绕组3构成闭合回路；绕组1和绕组4的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端。
步骤一、初始供电电源转换为高频方波
当初始供电电源为交流电源时，采用交-直-交（AC-DC-AC）变换技术；当初始供电电源为直流电源时，采用直流-交流（DC-AC）变换技术。DC-AC变换采用自激推挽方式拓扑，将直流电源变换为频率为100kHz的高频方波，图2给出了加至双芯变压器T1绕组1的高频方波波形示意图。
本发明优选例中，设定的隔离工作电压为40kV；电源的传输功率为200W，则变换后加至双芯变压器T1绕组1的高频方波的电压为VP-P=200V，高频方波的频率为F=100kHz；
步骤二、根据要传输的电源功率，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
考虑到电源的传输功率为200W，绕组1和绕组4选用电流密度为4A/mm2的普通高频导线绕制，绕组2和绕组3根据所要满足的隔离工作电压的要求，选用电流密度为6A/mm2的高压导线绕制，选择用AGG-40-0.75mm2型高压线；
步骤三、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤四、根据步骤二确定的最小铁芯尺寸和步骤三中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
双芯变压器T1的两个铁芯均选用T35×25×13型铁氧体磁环；
步骤五、根据步骤四中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
绕组1和绕组4的导线匝数为24匝，绕组2和绕组3的导线匝数为12匝；
步骤六、根据步骤二确定的导线型号、步骤五中确定的导线匝数和绝缘要求的面积，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤七、若步骤六中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤三确定的S1，则完成双芯变压器T1的设计；否则，跳转至步骤二，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足隔离传输的要求。
由于S2>S1，此芯变压器T1的设计完成。
若选用传统单芯变压器在满足40kV隔离工作电压的条件下，传输功率为200W、频率为F=100kHz的高频方波时，至少需选用型号为T50×32×15的铁芯，与本发明选用的型号为T35×25×13的铁氧体磁环相比，采用本发明发明能有效减小变压器的体积。
一种脉冲信号的高隔离传输方法的具体实现步骤如下：
如附图1（b）所示，脉冲信号传输由采用中间单匝模式的双芯变压器T2完成；所述的双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数均为1匝，绕组2和绕组3构成闭合回路；绕组1和绕组4的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端。
步骤一、初始脉冲信号经过如图4所示的低端信号调理电路，即通过前后沿分离及放大电路，产生电压幅值为15V、脉冲宽度为0.3微秒的脉冲波形（如图3所示），加至双芯变压器T2的绕组1。
步骤二、根据加至双芯变压器T2绕组1的脉冲信号的电压幅值、脉冲宽度和要求的隔离工作电压，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
考虑到加至双芯变压器T2绕组1的脉冲信号的电压幅值为15V、脉冲宽度为0.3微秒，绕组1和绕组4均选用QZ2-0.4mm漆包圆铜线；绕组2和绕组3根据所要满足的隔离工作电压的要求，选用同等耐压的高压导线绕制，本实施例中要求隔离工作电压为40kV，因此，绕组2和绕组3均选择用AGG-40-0.2mm2型高压线；
步骤三、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤四、根据步骤二确定的最小铁芯尺寸和步骤三中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
双芯变压器T2的两个铁芯均选用T22×14×8型铁氧体磁环；
步骤五、根据步骤四中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
绕组1和绕组4的导线匝数均为6匝，绕组2和绕组3的导线匝数均为1匝；
步骤六、根据步骤二确定的导线型号、步骤五中确定的导线匝数和绝缘要求的面积，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤七、若步骤六中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤三确定的S1，则完成双芯变压器T2的设计；否则，跳转至步骤二，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足脉冲信号的隔离传输要求。
综上所述，以上仅为本发明的一种较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电源的高隔离传输方法，其特征在于：初始供电电源转换为高频方波，输入采用中间多匝模式的双芯变压器的输入端，经双芯变压器传输后，输出电源信号，其中，所述高隔离即隔离为40KV的工作电压；
所述双芯变压器铁芯的尺寸由绝缘电压和电源功率决定；
所述双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3构成闭合回路；各绕组的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端；
所述双芯变压器参数的选择过程如下：
步骤一、根据要传输的电源功率，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
步骤二、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤三、根据步骤一确定的最小铁芯尺寸和步骤二中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
步骤四、根据步骤三中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
步骤五、根据绝缘电压的要求的面积、步骤一确定的导线型号和步骤四中确定的导线匝数，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤六、若步骤五中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤二确定的S1，则完成双芯变压器T1的设计；否则，跳转至步骤一，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足隔离传输的要求。
2.如权利要求1所述的一种电源的高隔离传输方法，其特征在于：所述高频方波的频率为100kHz。
3.一种脉冲信号的高隔离传输方法，其特征在于：初始脉冲信号经过低端信号调理电路处理后的信号输入采用中间单匝模式的双芯变压器的输入端，经双芯变压器传输后，输出脉冲信号；
所述双芯变压器铁芯的尺寸由绝缘电压、电源功率决定；
所述双芯变压器由4个绕组组成，绕组1和绕组2共用一个铁芯，绕组3和绕组4共用一个铁芯，绕组1和绕组4由相同的普通导线绕制且匝数相等，绕组2和绕组3由同一根高压导线绕制且匝数均为1匝，绕组2和绕组3构成闭合回路；绕组1和绕组4的导线匝数由双芯变压器铁芯的尺寸决定；绕组1为双芯变压器的输入端，绕组4为双芯变压器的输出端；
所述双芯变压器参数的选择过程如下：
步骤一、根据加至双芯变压器绕组1的信号的电压幅值、脉冲宽度和要求的隔离工作电压，确定绕制绕组的导线型号和最小的铁芯尺寸；
步骤二、根据绝缘电压的要求，确定铁芯的窗口面积S1；
步骤三、根据步骤一确定的最小铁芯尺寸和步骤二中确定的窗口面积S1选取铁芯型号；
步骤四、根据步骤三中选取的铁芯，计算各绕组的导线匝数；
步骤五、根据绝缘电压的要求的面积、步骤一确定的导线型号和步骤四中确定的导线匝数，确定铁芯的窗口面积S2；
步骤六、若步骤五中确定的铁芯窗口面积S2不小于步骤二确定的S1，则完成双芯变压器的设计；否则，跳转至步骤一，重新选择铁芯的最小尺寸，直至选取的铁芯能满足脉冲信号的隔离传输要求。
4.如权利要求3所述的一种脉冲信号的高隔离传输方法，其特征在于：所述的经过低端信号调理电路处理后的信号的电压幅值为15V、脉冲宽度为0.3微秒。
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