CN107241069A - 一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，包括依次连接的串并联斩波调制电路、隔离变压器、并联斩波解调电路，所述串并联斩波调制电路的斩波管上连接有与该串并联斩波调制电路构成差动结构的差动调制斩波电路，所述并联斩波解调电路的斩波管的接地端上串联有一个与该并联斩波解调电路构成差动结构的差动解调斩波电路，所述并联斩波解调电路的后级连接有差分放大电路。与现有的变压器隔离放大器相比，具有更低温度漂移，更高的传输带宽，此外，它的效率和信噪比均约提高了一倍。
Description
技术领域
本发明涉及隔离变压器领域，具体涉及一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器。
背景技术
变压器耦合隔离放大器由两部分组成，电源变压器和信号隔离变压器。电源变压器除了提供隔离放大器所需的电源以外，还提供所需的斩波调制解调信号来控制N或者P沟道场效应管开关，完成调制和解调。信号隔离变压器的主要作用是传送斩波调制后的信号，起耦合和隔离作用。
现有的变压器耦合隔离放大器的原理图如图1所示，电源/方波震荡器产生的方波，经变压器耦合后，分别控制斩波调制/解调的JFET斩波管的通断，完成对输入信号的斩波调制/解调。
现有的信号隔离变压器大多采用串并联斩波电路完成调制和解调，如图2所示。但是，采用该方式的斩波，存在着两方面的不利因素，影响斩波调制/解调的指标。
其一，以N沟道FET为例，被深度夹断时，FET开关管的栅-漏电流IGDO。FET开关管的栅极和沟道之间相当于反偏的PN结二极管，所以，即便有足够大的负栅压深度夹断时，栅-漏和栅-源极之间仍然存在反偏漏电流。栅-漏电流IGDO在斩波/解调负载RL上产生的电压降等于IGDORL。当RL值足够大时，这个值可能是比较大的。IGDO还近似于温度呈现指数关系，是引起斩波器温漂的主要原因。
其二，瞬变尖峰。N沟道FET开关管都存在着比较大的栅沟道结电容，其数值在5～25p之间。当斩波驱动方波信号加在栅极上时，这些电容的充、放电作用即在输出端呈现瞬变尖峰。实际上，对于不加补偿的斩波器，是相当可观的，可以观察到高达数十毫伏至数百毫伏的瞬变尖峰。虽然这种很窄的尖峰脉冲能量不大，当它主要使后接的交流放大器进入过载饱和状态。为了抑制瞬变尖峰，如图2所示，通常的做法是增加RC吸收电路，但增加此电路，对于后面接的放大器而言，即相当于产生了偏移电流，同时还会会带来电路响应时间的增加，幅频特性的恶化，不利于测试交流信号。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器。
本发明通过下述技术方案实现：
一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，包括依次连接的串并联斩波调制电路、隔离变压器、并联斩波解调电路，所述串并联斩波调制电路的斩波管上连接有与该串并联斩波调 制电路构成差动结构的差动调制斩波电路，所述并联斩波解调电路的斩波管的接地端上串联有一个与该并联斩波解调电路构成差动结构的差动解调斩波电路，所述并联斩波解调电路的后级连接有差分放大电路。
发明人在对斩波电路的研究中发现，要解决上述斩波器温漂和瞬变尖峰所引起的斩波后输出信号质量差的问题，最有效的方式的利用差动结构来抑制上述影响。采用该结构后，瞬变尖峰是共模的，进入后续的隔离放大器后，将被有效的抑制掉，不需要RC吸收网络，缩短响应时间，幅频特性也能大幅度改善，具有更高的传输带宽。
本方案的电路，由于是差分结构，调制端的两个斩波管的控制端分别同时受控制信号控制，解调端的两个斩波管的控制端同时受控制信号控制，两个控制信号同步，整个控制周期内均有外加信号进入差分放大电路，其效率和信噪比均提高了一倍。
所述串并联斩波调制电路包括依次连接在输入信号端和隔离变压器第一输入端之间的第一电阻、第一斩波管和连接在地端和隔离变压器第一输入端之间的第二斩波管；所述差动调制斩波电路包括依次连接在地端和隔离变压器第二输入端之间的第二电阻、第三斩波管和连接在地端和隔离变压器第二输入端之间第四斩波管，所述第一电阻与第二电阻的阻值相等。
并联斩波解调电路包括连接在差分放大电路一输入端和隔离变压器第一输出端之间的第三电阻、连接在隔离变压器第一输出端与地端之间的第五斩波管，所述差动解调斩波电路包括连接在地端和隔离变压器第二输出端之间的第六斩波管、连接在隔离变压器第二输出端与差分放大电路另一输入端之间的第四电阻，所述第三电阻和第四电阻的阻值相等。
所述隔离变压器为具有差动输入的交流放大器或者带中心抽头的耦合变压器。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在现有串并联斩波调制电路、并联斩波解调电路的基础上分别连接差动调制斩波电路、差动解调斩波电路，使调制电路和解调电路构成差分结构来抑制温度漂移带来的影响；采用该结构，由于瞬变尖峰是共模的，进入后续的隔离放大器后，将被有效的抑制掉，不需要RC吸收网络，缩短响应时间，幅频特性也能大幅度改善，具有更高的传输带宽。
2、采用本方案的变压器耦合隔离放大器，整个驱动周期都有外加信号进入放大器，相比现有的电路结构每个周期内仅有半周期有信号通过，其效率和信噪比均提高了一倍。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有变压器耦合隔离放大器的原理图。
图2是现有变压器耦合隔离放大器调制端采用并联斩波的电路原理图。
图3是本方案的电路原理图。
图4是本方案的另一种电路连接原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图3、图4所示一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，包括依次连接的串并联斩波调制电路、隔离变压器、并联斩波解调电路、差分放大电路，所述串并联斩波调制电路的斩波管上连接有与该串并联斩波调制电路构成差动结构的差动调制斩波电路，所述并联斩波解调电路的斩波管的接地端上串联有一个与该并联斩波解调电路构成差动结构的差动解调斩波电路。
具体的，串并联斩波调制电路、并联斩波解调电路采用如图3所示的结构。串并联斩波调制电路包括依次连接在输入信号端和隔离变压器第一输入端之间的第一电阻R1、第一斩波管T1和连接在地端和隔离变压器第一输入端之间的第二斩波管T2；所述差动调制斩波电路包括依次连接在地端和隔离变压器第二输入端之间的第二电阻R2、第三斩波管T3和连接在地端和隔离变压器第二输入端之间第四斩波管T4，所述第一电阻R1与第二电阻R2的阻值相等。第一斩波管和第三斩波管采用相同型号或者双FET管，其IGDO具有相同或相似的温度系数。第二斩波管和第四斩波管采用相同型号或者双FET管，其IGDO具有相同或相似的温度系数。并联斩波解调电路包括连接在差分放大电路一输入端和隔离变压器第一输出端之间的第三电阻R3、连接在隔离变压器第一输出端与地端之间的第五斩波管T5，所述差动解调斩波电路包括连接在地端和隔离变压器第二输出端之间的第六斩波管T6、连接在隔离变压器第二输出端与差分放大电路另一输入端之间的第四电阻R4，所述第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等。第五斩波管和第六斩波管采用相同型号或者双FET管，其IGDO具有相同或相似的温度系数。
第一斩波管、第二斩波管差、第三斩波管和第四斩波管采用相同型号或者双FET管，其IGDO具有相同或相似的温度系数；差分放大电路采用差分交流放大器，利用差分交流放大器的共模抑制能力，即可达到补偿两边IGDO的目的。隔离变压器采用具有差动输入的交流放大器或者带中心抽头的耦合变压器，IGDO的影响可以完全被抑制。
如图3、图4所示，调制端的第二斩波管和第四斩波管的控制端和解调端的两个斩波管的控制端的两个控制信号同步，整个控制周期内均有外加信号进入差分放大电路，相比于现有的并联斩波结构，其效率和信噪比均提高了一倍。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，包括依次连接的串并联斩波调制电路、隔离变压器、并联斩波解调电路，其特征在于，所述串并联斩波调制电路的斩波管上连接有与该串并联斩波调制电路构成差动结构的差动调制斩波电路，所述并联斩波解调电路的斩波管的接地端上串联有一个与该并联斩波解调电路构成差动结构的差动解调斩波电路，所述并联斩波解调电路的后级连接有差分放大电路。
2.根据权利要求1所述的一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，其特征在于，所述串并联斩波调制电路包括依次连接在输入信号端和隔离变压器第一输入端之间的第一电阻、第一斩波管和连接在地端和隔离变压器第一输入端之间的第二斩波管；所述差动调制斩波电路包括依次连接在地端和隔离变压器第二输入端之间的第二电阻、第三斩波管和连接在地端和隔离变压器第二输入端之间第四斩波管，所述第一电阻与第二电阻的阻值相等。
3.根据权利要求1所述的一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，其特征在于，所述并联斩波解调电路包括连接在差分放大电路一输入端和隔离变压器第一输出端之间的第三电阻、连接在隔离变压器第一输出端与地端之间的第五斩波管，所述差动解调斩波电路包括连接在地端和隔离变压器第二输出端之间的第六斩波管、连接在隔离变压器第二输出端与差分放大电路另一输入端之间的第四电阻，所述第三电阻和第四电阻的阻值相等。
4.根据权利要求1所述的一种串并联斩波型变压器耦合隔离放大器，其特征在于，所述隔离变压器为具有差动输入的交流放大器或者带中心抽头的耦合变压器。
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