CN111082799A - 信号隔离传输电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号隔离传输电路，包括输入信号转换电路，用于对直流输入电压信号进行比例运算；信号斩波电路，用于将直流电压信号转换为正负电压方波脉冲信号，信号耦合电路，用于隔离耦合正负电压方波脉冲信号；信号还原电路，用于将正负电压方波脉冲信号还原为直流电压信号；输出信号转换电路，用于将还原电路产生的电压信号进行比例放大后输出。此电路中直流输入电压信号经过斩波电路后转换为正负双极性型号，可实现信号耦合电路中信号隔离变压器的单绕组信号隔离传输，能够大大减少变压器绕组数量以及圈数，从而减小变压器体积，降低生产工艺难度，大大降低生产成本。

Description

信号隔离传输电路

技术领域

本发明涉及工业测控行业中信号隔离变送，特别涉及一种直流电压信号的隔离传输电路。

背景技术

在工业测控行业，信号隔离变送器作为目前信号隔离的的应用之一，在专利号为ZL200910038270.0，公开日期为2009年9月9日，名称为《一种直流双极性信号隔离转换的方法及其电路》的专利文献文中公开一种隔离转换方法及其电路，如图1所示，其隔离传输电路包括第一双向开关电路、同步脉冲电路、耦合变压器、第二双向开关电路。

其电路结构为：隔离耦合变压器的原边绕组与第一双向开关器件连成输入回路，第一双向开关器件的常闭端和常开端分别连接初次绕组的两端，直流正负双极输入信号连接初次绕组的中间抽头，第一双向开关器件的公共端连接直流正负双极输入信号的参考端；隔离耦合变压器的副边绕组与第二双向开关器件连成输出回路，第二双向开关器件的常闭端和常开端分别连接副边绕组的两端，副边绕组的中间抽头连接直流正负双极信号输出端，第二双向开关器件的公共端连接直流正负双极输出信号的参考端；隔离同步脉冲发生电路的两路输出分别连接两个双向开关器件的驱动控制端。

图2为现有实际电路的应用场景图，包括隔离耦合变压器T2，由MOS管Q300和Q301构成第一双向开关器件，有MOS管Q400和Q401构成的第二双向开关器件，由电容C301～C304、电阻R301、R302构成的输入同步脉冲电路，由电容C401～C404、电阻R401、R402构成的输出同步脉冲电路。

其工作原理简述为：直流电压信号输入隔离耦合变压器T2的原边绕组，在同步脉冲电路控制下，第一双向开关器件的两个开关交替工作，电流交替在原边绕组中流过，完成激磁与去磁过程。在副边绕组中也交替的产生感应电流，然后在同步脉冲电路控制下，第二双向开关器件开通，完成信号还原，将变压器上的交流电压转换为直流电压输出。

其特点为：利用原、副边同步的脉冲控制信号以及开关电路对直流输入信号进行斩波，再通过耦合变压器进行信号隔离传输。

其技术关键点是信号耦合变压器工作在推挽模式下，需由原副边共四个绕组来完成，因此变压器的绕组数量较多，变压器的体积以及生产工序都相对复杂，对应产品的成本、体积、设计复杂度就会大大增加，也因此阻碍了此技术在高频化、小体积、低成本上进一步的发展。

本发明基于此进行设计。

发明内容

本发明目的在于提供一种信号隔离传输电路，此电路的信号隔离变压器只用单绕组就能实现直流信号的高精度隔离传输，在提高驱动工作频率之后，能够大大减小变压器体积，降低成本。

本发明的目的可以通过以下方案实现：

一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路，输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小；信号斩波电路，用于对直流输入信号斩波；信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号；输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；其连接关系是，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端，信号斩波电路的输出端连接信号隔离变压器的原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组的异名端连接直流输入信号的参考端；信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路输出端连接输出信号转换电路输入端，由输出信号转换电路输出端输出直流电压信号；其中，信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入，信号还原电路包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入，直流输入信号通过信号斩波电路转换为双极性方波信号，并通过信号隔离变压器的单绕组进行信号隔离传输，传输至副边信号还原电路，在互补脉冲控制信号的交替驱动信号作用下，由信号还原电路将副边交流信号还原为直流信号。此电路中直流输入电压信号经过信号斩波电路后转换为正负双极性信号，可实现信号耦合电路中信号隔离变压器的单绕组信号隔离传输，能够大大减少变压器绕组数量以及圈数，从而减小变压器体积，降低生产工艺难度，大大降低生产成本。

作为本发明的进一步改进，所述信号斩波电路，包括驱动整形电路、模拟开关U20、隔直电容C21和电阻R21，模拟开关U20包括常开端NO、参考端GND、常闭端NC、信号控制输入端IN、电源端VCC和公共端COM，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，反向器U21D的输出端与模拟开关U20的信号控制输入端IN连接；电容C20的另一端分别连接模拟开关U20的常开端NO、参考端GND及输入直流信号参考地GND1；电阻R20并联在二极管D20的两端；模拟开关U20的常闭端NC为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；模拟开关U20的公共端COM连接电容C21的一端，电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端及输入直流信号参考地GND1。

作为本发明的进一步改进，所述信号斩波电路，包括驱动整形电路、开关管Q20、隔直电容C21和电阻R21、电阻R22，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，电容C20的另一端连接输入直流信号参考地GND1；反向器U21D的输出端与开关管Q20的栅极，开关管Q20的漏极分别连接电阻R22的一端及电容C21的一端，电阻R22的另一端为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端、开关管Q20的源极及输入直流信号参考地GND1。

作为本发明的进一步改进，所述输入信号转换电路，由运算放大器U10A、U10B、电容C10以及电阻R10、R11、R12、R13构成，运算放大器U10A正向输入端连接输入直流信号，运算放大器U10A负向输入端连接运算放大器U10A输出端，运算放大器U10A输出端连接电阻R10的一端，电阻R10另一端分别连接电阻R11的一端以及运算放大器U10B正向输入端，电阻R11另一端连接输入直流信号参考地GND1，运算放大器U10B负向输入端连接电阻R12一端以及电阻R13一端，R12另一端连接输入直流信号参考地GND1，电阻R13另一端分别连接电容C10的一端以及运算放大器U10B输出端，运算放大器U10B输出端还作为输入信号转换电路输出端，用于与信号斩波电路的输入端相连；电容C10另一端连接输入直流信号参考地GND1。

作为本发明的进一步改进，所述信号还原电路，由滤波电容C31、开关管Q30、反向器U31D、电容C30、二极管D30和电阻R30构成，信号隔离变压器副边绕组同名端分别连接电容C31一端以及输出信号转换电路的输入端，电容C31另一端连接输出直流信号参考地GND2；信号隔离变压器副边绕组异名端连接开关管Q30漏极，开关管Q30源极连接输出直流信号参考地GND2，开关管Q30栅极连接运算放大器U31D输出端；运算放大器U31D输入端分别连接电容C30、电阻R30及二极管D30阴极，电容C30另一端连接输出直流信号参考地GND2；电阻R30另一端连接二极管D30阳极，二极管D30阳极作为还原驱动输入端，用于连接驱动信号Drive2的输入。

作为本发明的进一步改进，所述输出信号转换电路由运算放大器U40A和电阻R41、R42构成，运算放大器U40A正向输入端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端，运算放大器U40A负向输入端连接电阻R41、R42，电阻R41一端连接U40A负向输入端，电阻R41另一端连接输出直流信号参考地GND2，电阻R42一端连接运算放大器U40A负向输入端，电阻R42另一端连接运算放大器U40A输出端，运算放大器U40A输出端为输出信号转换电路输出端。

作为本发明的进一步改进，所述信号隔离传输电路的斩波驱动信号和还原驱动信号为隔离同步脉冲信号。

本发明还提供一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路，输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端；信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；还包括驱动整形电路、模拟开关U20、隔直电容C21和电阻R21，模拟开关U20包括常开端NO、参考端GND、常闭端NC、信号控制输入端IN、电源端VCC和公共端COM，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，反向器U21D的输出端与模拟开关U20的信号控制输入端IN连接；电容C20的另一端分别连接模拟开关U20的常开端NO、参考端GND及输入直流信号参考地GND1；电阻R20并联在二极管D20的两端；模拟开关U20的常闭端NC为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；模拟开关U20的公共端COM连接电容C21的一端，电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端及输入直流信号参考地GND1；信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号，信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路的输出端连接输出信号转换电路；还包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；输出信号转换电路输入端连接信号还原电路输出端，输出信号转换电路输出端输出直流电压信号。

本发明再提供一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路，输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端；信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；还包括驱动整形电路、开关管Q20、隔直电容C21和电阻R21、电阻R22，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，电容C20的另一端连接输入直流信号参考地GND1；反向器U21D的输出端与开关管Q20的栅极，开关管Q20的漏极分别连接电阻R22的一端及电容C21的一端，电阻R22的另一端为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端、开关管Q20的源极及输入直流信号参考地GND1；信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号，信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路的输出端连接输出信号转换电路；还包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；输出信号转换电路输入端连接信号还原电路输出端，输出信号转换电路输出端输出直流电压信号。

对本发明的工作原理说明如下:

直流输入信号VIN通过直流输入信号端Sin+经过U10A正向输入端输入，U10A的输出跟随输入为VIN，然后再通过电阻R10、R11进行缩小后，输入至U10B的正向输入端，然后再通过U10B、R12、R13对信号进行比例放大，再输入至信号斩波电路，通常比例缩小和比例放大会根据不同的信号类型选择一种，如只需要比例缩小，则R13短接，R12断开，而如果只需要放大则短接R10断开R11。比例运算满足以下计算条件：

输入信号转换电路输出电压信号通过U20常闭端输入信号斩波电路，在驱动脉冲信号上半周期，Drive1通过D20、C20以及反相器U21D整形后使U20常闭端(NC)与公共端(COM)相连，信号通过电容C21输入至隔离耦合变压器原边绕组同名端，由于隔直电容的存在，使得变压器原边绕组电压幅值为

的方波，并通过变压器隔离传输至副边绕组；在驱动脉冲信号下半周期，U20常开端与公共端相连，变压器原边绕组同名端通过电容C21与参考地GND1相连，变压器原边绕组对参考地GND1放电去磁，从而通过信号斩波电路实现了将单极性直流信号转换为双极性方波信号，并通过变压器传输至副边信号还原电路。

对于信号还原电路，在驱动脉冲信号上半周期，隔离同步脉冲驱动信号Drive2通过D30、C30以及反相器U31D整形后使开关管Q30开通，隔离耦合变压器副边绕组对电容C31进行充电直至电容电压为

在驱动脉冲信号下半周期，开关管Q30关断，C31放电阻抗极大，电压保持

从而实现将双极性方波信号还原为单极性直流信号。单极性直流信号输入至输出信号转换电路后，经过比例放大后输出。输出电压满足以下计算公式：

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过驱动信号与斩波电路可以将输入直流信号转换为交流信号，信号耦合变压器数量减少，在提高驱动信号频率的情况下，变压器体积大大减少，实现变压器的PCB化，进而可以提高产品的生产自动化，从而大大加快了生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为现有的信号隔离传输电路应用电路原理框图；

图2为现有的信号隔离传输电路应用电路原理图；

图3-1为本发明信号隔离传输电路的原理框图；

图3-2为本发明信号隔离传输电路的另一原理框图；

图4为本发明第一实施例信号隔离传输电路的电路原理图；

图5为本发明第一实施例信号隔离传输电路的驱动时序图；

图6为本发明第二实施例信号隔离传输电路的电路原理图；

图7为本发明第二实施例信号隔离传输电路的驱动时序图。

具体实施方式

图3-1、图3-2为本发明信号隔离传输电路的电路原理框图，一种信号隔离传输电路，采用不对称半桥反激电路控制，该电路包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号耦合电路、信号还原电路和输出信号转换电路，输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小；信号斩波电路，用于对直流输入信号斩波；信号耦合电路，用于隔离耦合经过斩波后的直流输入信号；信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号；输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号。其中信号耦合电路包括一变压器，变压器具有隔离和耦合作用，因此，变压器可称为信号隔离变压器，也可称为信号耦合变压器。

其中信号耦合变压器的原边绕组与信号斩波电路连成输入回路，信号斩波电路的两驱动输出端分别连接原边绕组的两端，直流输入信号连接初次绕组的中间抽头，信号斩波电路的公共端连接直流输入信号的参考端；

信号耦合电路的副边绕组与信号还原电路连成输出回路，信号还原电路的两驱动输入端分别连接副边绕组的两端，信号还原电路的输出回路连接副边绕组的中间抽头，信号还原电路的公共端连接直流输出信号的参考端；

通过外部互补脉冲控制信号控制信号斩波电路，实现输入直流信号斩波，斩波后的信号通过信号耦合变压器线性传输至副边，通过耦合变压器副边绕组交替驱动信号还原电路将副边交流信号还原为直流信号。

常规的不对称半桥反激电路应用于高精度的信号传输电路有以下难点，桥臂的驱动信号必须要使用两组互补脉冲信号来对MOS进行驱动，因此一般需要专用的驱动IC进行驱动，价格高昂。在本发明中，通过一个1:2模拟开关实现常规的不对称半桥功能，其创新点在于，只需要一路驱动信号，此驱动信号可以由电源变压器绕组获取，极大的简化不对称半桥在电压信号隔离传输中的应用难度。

为了更好理解本发明，以下将采用具体实施例对本发明的信号隔离传输电路进一步进行阐述。

第一实施例

图4为本发明第一实施例信号隔离传输电路的电路原理图，如图4所示，较背景技术图2中所示技术方案的不同处在于：背景技术的应用中，信号耦合变压器工作在推挽模式下，需由原边2个绕组交替导通来完成变压器的激磁以及去磁，因此变压器的绕组数量较多，带来不利影响是变压器的体积以及生产工序都相对复杂，不利工艺自动化；在本发明的应用电路中通过驱动信号与斩波电路可以将输入直流信号转换为交流信号，使得信号耦合变压器在原边单绕组的情况下完成信号耦合。信号耦合变压器数量减少，在提高驱动信号频率的情况下，会使变压器体积大大减小，实现变压器绕组的PCB化，进而可以提高产品的生产自动化，从而大大加快了生产效率，降低生产成本。

本实施例各电路结构为：

输入信号转换电路，包含运算放大器U10A、U10B以及电阻R10、R11、R12、R13。

信号斩波电路，包括模拟开关U20、电容C20、C21、反向器U21D、电阻R20、R21以及二极管D20。其中，U20为2路以上模拟开关构成。

隔离耦合电路，包含隔离耦合变压器，由原边绕组(1-2)以及副边绕组(3-4)构成。

信号还原电路由滤波电容C31、开关管Q30、反向器U31D、电容C30、二极管D30、电阻R30构成。

输出信号转换电路由运算放大器U40A电阻R41、R42构成。

各电路连接关系为：

输入信号转换电路的运算放大器U10A正向输入端连接直流输入信号端Sin+，U10A负向输入端连接U10A输出端，U10A输出端连接电阻R10，R10另一端连接R11以及U10B正向输入端，R11一端连接U10B正向输入端，R11另一端连接输入直流信号参考地GND1，U10B负向输入端连接R12以及R13，R12一端连接U10B负向输入端，R12另一端连接输入直流信号参考地，R13一端连接U10B负向输入端，R13另一端连接C10以及U10B输出端，U10B输出端还作为输入信号转换电路输出端，用于与信号斩波电路的输入端相连；C10连接U10B输出端，C10另一端连接输入直流信号参考地GND1。

信号斩波电路的模拟开关U20开关常闭端口NC连接U10B的信号输出端，U20开关常开端NO连接输入直流信号参考地GND1，U20开关公共端COM连接隔直电容C21一端，隔直电容C21另一端连接电阻R22以及隔离耦合变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端及电阻R22另一端连接输入直流信号参考地GND1，U20信号控制输入端IN连接驱动整形电路输出端；驱动整形电路由电阻R20、二极管D20、电容C20以及反向器U21D组成，电阻R20连接驱动信号Drive1输入，电阻R20另一端连接反向器U21D输入端，D20阴极连接驱动信号Drive1输入，D20阳极连接反向器U21D输入端，电容C20一端连接反向器U21D输入端，电容C20另一端连接输入直流信号参考地，反向器U21D输出端连接U20信号控制输入端IN。

信号还原电路的电容C31一端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端以及作为输出信号转换电路的输入端的U40A正向输入端，C31另一端连接输出直流信号参考地GND2；Q30漏极连接隔离耦合变压器副边绕组异名端，Q30源极连接输出直流信号参考地GND2，Q30栅极连接U31D输出端；U31D输入端连接电容C30、电阻R30、D30阴极相连，U31D输出端与Q30栅极连接；C30一端连接U31D输入端，C30另一端输出直流信号参考地；R30一端连接U31D输入端，R30另一端连接驱动信号Drive2输入；D30阴极连接U31D输入端，D30阳极作为还原驱动输入端，用于驱动信号Drive2的输入。

输出信号转换电路的运算放大器U40A正向输入端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端，U40A负向输入端连接电阻R41、R42，R41一端连接U40A负向输入端，R41另一端连接输出直流信号参考地GND1，R42一端连接U40A负向输入端，R42另一端连接U40A输出端，U40A输出端为输出信号转换电路输出端。

基于以上技术方案，对本实施例的信号隔离传输电路的工作原理再进行进一步具体阐述：待隔离传输的直流输入信号VIN经过U10A正向输入端输入，U10A的输出跟随输入为VIN，然后再通过电阻R10、R11进行比例缩小，再输入至U10B的正向输入端，然后再通过U10B、R12、R13对信号进行比例放大，再输入至信号斩波电路，通常比例缩小和比例放大会根据不同的信号类型选择一种，如只需要进行比例缩小，则R13短接，R12断开，而如果只需要放大则短接R10断开R11。比例运算满足以下计算条件：

其中，VIN为直流输入信号端Sin+所接入的待隔离传输的电压信号，V₁为U10A比例缩小的电压，V₂为U10B比较放大的电压。

输入信号转换电路输出电压信号通过U20常闭端NC输入信号斩波电路，在驱动脉冲信号上半周期，驱动信号Drive1(高电平)通过D20、C20以及反相器U21D整形后(低电平)使U20常闭端(NC)与公共端(COM)相连通，信号通过电容C21输入至信号隔离变压器原边绕组同名端，磁芯正向激磁，将电压信号传输至副边绕组。在驱动脉冲信号下半周期，驱动信号Drive1(低电平)通过D20、C20以及反相器U21D整形后(高电平)使U20常开端(NO)与公共端(COM)相连，变压器原边绕组同名端通过电容C21与参考地相连通，变压器原边绕组通过C21对参考地GND1放电，磁芯反向激磁。在一个Drive1周期内实现了将直流信号转换为幅值为V₂方波信号，由于隔直电容C21的存在，使得变压器原边绕组电压幅值为

的方波，电压信号V₃通过变压器隔离传输至副边绕组；并通过变压器将其传输至副边信号还原电路。

对于信号还原电路，在驱动脉冲信号上半周期，隔离同步脉冲驱动信号Drive2(高电平)通过D30、C30以及反相器U31D整形后(低电平)使开关管Q30关断，C31放电回路断开，电压仍保持稳态电压

在驱动脉冲信号下半周期，隔离同步脉冲驱动信号Drive2(低电平)通过D30、C30以及反相器U31D整形后(高电平)使开关管Q30开通，隔离耦合变压器副边绕组对电容C31进行充电直至电容电压为稳态值

从而实现将双极性方波信号还原为单极性直流信号。单极性直流信号输入至输出信号转换电路后，经过比例放大后输出。输出电压满足以下计算公式：

其中，驱动信号Drive1、Drive2为隔离同步脉冲信号，驱动时序如图5所示。

依本发明信号隔离传输电路的工作原理可知，直流输入电压信号经过信号斩波电路后转换为正负双极性信号，可实现信号耦合电路中信号隔离变压器的单绕组信号隔离传输，能够大大减少变压器绕组数量以及圈数，从而减小变压器体积，降低生产工艺难度，大大降低生产成本。

第二实施例

图6为本发明第二实施例信号隔离传输电路的电路原理图，如图6所示，与第一实施例不同之处在于，信号斩波电路包括MOS管Q20、反向器U21D、电阻R20、R21、R22、电容C20、C21二极管D20。

其连接关系为：U10A正向输入端连接输入直流信号，U10A负向输入端连接U10A输出端，U10A输出端连接电阻R10，R10另一端连接R11以及U10B正向输入端，R11一端连接U10B正向输入端，R11另一端连接输入直流信号参考地GND1，U10B负向输入端连接R12以及R13，R12一端连接U10B负向输入端，R12另一端连接输入直流信号参考地GND1，R13一端连接U10B负向输入端，R13另一端连接C10以及U10B输出端，C10连接U10B输出端，C10另一端连接输入直流信号参考地GND1，U10B的信号输出端连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接隔直电容C21一端，并同时连接Q20的漏极，隔直电容C21另一端连接电阻R21以及隔离耦合变压器原边绕组同名端，电阻R21另一端连接输入直流信号参考地GND1，Q20的源极连接直流输入信号的参考地GND1，电阻R20一端连接驱动信号输入Drive1以及二极管D20阴极，电阻R20另一端连接反向器U21D输入端并同时连接二极管D20阳极以及电容C20的一端，电容C20另一端连接输入直流信号参考地GND1，反向器U21D输出端连接Q20栅极。C31一端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端以及U40A正向输入端，C31另一端连接输出直流信号参考地GND2；Q30漏极连接隔离耦合变压器副边绕组异名端，Q30源极连接输出直流信号参考地GND2，电阻R30一端连接驱动信号输入Drive2以及二极管D30阳极，电阻R30另一端连接二极管D30阴极以及反相器U31D输入端和电容C30的一端，C30另一端连接输出信号参考地GND2，U31D输出端连接Q30栅极。U40A正向输入端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端并同时连接C31一端，U40A负向输入端连接电阻R41、R42，R41一端连接U40A负向输入端，R41另一端连接输出直流信号参考地GND2，R42一端连接U40A负向输入端，R42另一端连接U40A输出端，U40A输出端为输出信号转换电路输出端。

本实施例中，需信号斩波过程重新描述，在稳态工作条下，驱动脉冲信号(图7)上半周期，驱动信号Drive1(低电平)通过D20、C20以及反相器U21D整形后(高电平)使Q20开通，Q20导通至参考地GND1，原边绕组通过C21放电，磁芯反向激磁。在驱动脉冲信号下半周期，Drive1(高电平)通过D20、C20以及反相器U21D整形后(低电平)使得Q20断开，U10B输出端信号通过电阻R22、电容C21输入至隔离耦合变压器原边绕组同名端，磁芯正向激磁，因此在Drive1的一个完整周期中，通过对Q20的开关完成了将输入直流信号到交流信号的转换，再通过隔直电容C21，使变压器原边绕组电压转换为幅值为

的方波，使之通过变压器隔离传输至副边绕组；对于信号还原电路，在驱动脉冲信号上半周期，隔离同步脉冲驱动信号Drive2(高电平)通过D30、C30以及反相器U31D整形后(低电平)使开关管Q30关断，C31放电回路断开，电压保持(稳态电压

)；在驱动脉冲信号下半周期，隔离同步脉冲驱动信号Drive2(低电平)通过D30、C30以及反相器U31D整形后(高电平)使开关管Q30开通，隔离耦合变压器副边绕组对电容C31进行充电直至电容电压为稳态电压

通过循环工作在Drive2的一个周期或者多个周期内类完成将双极性方波信号还原为单极性直流信号。在本实施例中，输入信号转换电路以及输出信号转换电路的工作原理与第一实施例相同，不再累述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，其特征在于：还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路，输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小；信号斩波电路，用于对直流输入信号斩波；信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号；输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；

其连接关系是，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端，信号斩波电路的输出端连接信号隔离变压器的原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组的异名端连接直流输入信号的参考端；信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路输出端连接输出信号转换电路输入端，由输出信号转换电路输出端输出直流电压信号；其中，

信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入，信号还原电路包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入，直流输入信号通过信号斩波电路转换为双极性方波信号，并通过信号隔离变压器的单绕组进行信号隔离传输，传输至副边信号还原电路，在互补脉冲控制信号的交替驱动信号作用下，由信号还原电路将副边交流信号还原为直流信号。

2.根据权利要求1所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述信号斩波电路，包括驱动整形电路、模拟开关U20、隔直电容C21和电阻R21，模拟开关U20包括常开端NO、参考端GND、常闭端NC、信号控制输入端IN、电源端VCC和公共端COM，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，反向器U21D的输出端与模拟开关U20的信号控制输入端IN连接；电容C20的另一端分别连接模拟开关U20的常开端NO、参考端GND及输入直流信号参考地GND1；电阻R20并联在二极管D20的两端；模拟开关U20的常闭端NC为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；模拟开关U20的公共端COM连接电容C21的一端，电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端及输入直流信号参考地GND1。

3.根据权利要求1所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述信号斩波电路，包括驱动整形电路、开关管Q20、隔直电容C21和电阻R21、电阻R22，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，电容C20的另一端连接输入直流信号参考地GND1；反向器U21D的输出端与开关管Q20的栅极，开关管Q20的漏极分别连接电阻R22的一端及电容C21的一端，电阻R22的另一端为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端、开关管Q20的源极及输入直流信号参考地GND1。

4.根据权利要求1至3中任一所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述输入信号转换电路，由运算放大器U10A、U10B、电容C10以及电阻R10、R11、R12、R13构成，运算放大器U10A正向输入端接输入直流信号，运算放大器U10A负向输入端连接运算放大器U10A输出端，运算放大器U10A输出端连接电阻R10的一端，电阻R10另一端分别连接电阻R11的一端以及运算放大器U10B正向输入端，电阻R11另一端连接输入直流信号参考地GND1，运算放大器U10B负向输入端连接电阻R12一端以及电阻R13一端，R12另一端连接输入直流信号参考地GND1，电阻R13另一端分别连接电容C10的一端以及运算放大器U10B输出端，运算放大器U10B输出端还作为输入信号转换电路输出端，用于与信号斩波电路的输入端相连；电容C10另一端连接输入直流信号参考地GND1。

5.根据权利要求1至3中任一所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述信号还原电路，由滤波电容C31、开关管Q30、反向器U31D、电容C30、二极管D30和电阻R30构成，信号隔离变压器副边绕组同名端分别连接电容C31一端以及输出信号转换电路的输入端，电容C31另一端连接输出直流信号参考地GND2；信号隔离变压器副边绕组异名端连接开关管Q30漏极，开关管Q30源极连接输出直流信号参考地GND2，开关管Q30栅极连接运算放大器U31D输出端；运算放大器U31D输入端分别连接电容C30、电阻R30及二极管D30阴极，电容C30另一端连接输出直流信号参考地GND2；电阻R30另一端连接二极管D30阳极，二极管D30阳极作为还原驱动输入端，用于连接驱动信号Drive2的输入。

6.根据权利要求1至3中任一所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述输出信号转换电路由运算放大器U40A和电阻R41、R42构成，运算放大器U40A正向输入端连接隔离耦合变压器副边绕组同名端，运算放大器U40A负向输入端连接电阻R41、R42，电阻R41一端连接U40A负向输入端，电阻R41另一端连接输出直流信号参考地GND2，电阻R42一端连接运算放大器U40A负向输入端，电阻R42另一端连接运算放大器U40A输出端，运算放大器U40A输出端为输出信号转换电路输出端。

7.根据权利要求1至3中任一所述的信号隔离传输电路，其特征在于：所述信号隔离传输电路的斩波驱动信号和还原驱动信号为隔离同步脉冲信号。

8.一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，其特征在于：还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路；

输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端；

信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；还包括驱动整形电路、模拟开关U20、隔直电容C21和电阻R21，模拟开关U20包括常开端NO、参考端GND、常闭端NC、信号控制输入端IN、电源端VCC和公共端COM，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，反向器U21D的输出端与模拟开关U20的信号控制输入端IN连接；电容C20的另一端分别连接模拟开关U20的常开端NO、参考端GND及输入直流信号参考地GND1；电阻R20并联在二极管D20的两端；模拟开关U20的常闭端NC为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；模拟开关U20的公共端COM连接电容C21的一端，电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端及输入直流信号参考地GND1；

信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号，信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路的输出端连接输出信号转换电路；还包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；

输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；输出信号转换电路输入端连接信号还原电路输出端，输出信号转换电路输出端输出直流电压信号。

9.一种信号隔离传输电路，包括信号隔离变压器，其特征在于：还包括输入信号转换电路、信号斩波电路、信号还原电路和输出信号转换电路；

输入信号转换电路，用于对直流输入信号进行比例放大或减小，输入信号转换电路的输入端连接直流输入信号，输入信号转换电路的输出端连接信号斩波电路的输入端；

信号斩波电路包括斩波驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；还包括驱动整形电路、开关管Q20、隔直电容C21和电阻R21、电阻R22，驱动整形电路包括电阻R20、二极管D20、电容C20和反向器U21D，其连接关系是，斩波驱动输入端连接二极管D20的阴极，二极管D20的阳极分别连接反向U21D的输入端及电容C20的一端，电容C20的另一端连接输入直流信号参考地GND1；反向器U21D的输出端与开关管Q20的栅极，开关管Q20的漏极分别连接电阻R22的一端及电容C21的一端，电阻R22的另一端为信号斩波电路的输入端，用于连接输入信号转换电路输出端；电容C21的另一端分别连接电阻R21的一端以及信号隔离变压器原边绕组同名端，信号隔离变压器原边绕组异名端分别连接电阻R21的另一端、开关管Q20的源极及输入直流信号参考地GND1；

信号还原电路，用于还原隔离耦合的交流信号，信号还原电路第一输入连接信号耦合变压器的副边绕组同名端，信号还原电路第二输入连接信号耦合变压器的副边绕组异名端，信号还原电路的输出端连接输出信号转换电路；还包括还原驱动输入端，用于控制电路的互补脉冲控制信号输入；

输出信号转换电路，用于对还原的直流信号进行比例运算并输出直流信号；输出信号转换电路输入端连接信号还原电路输出端，输出信号转换电路输出端输出直流电压信号。

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