CN113300699B - 基于变压器的信号隔离传输电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变压器的信号隔离传输电路，包括PWM信号输出模块、信号振荡模块、逻辑处理模块、变压器及解调输出模块，所述PWM信号输出模块用于输出PWM信号，所述信号振荡模块用于根据PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号，所述逻辑处理模块用于将所述PWM信号与窄脉冲信号进行逻辑处理，以分别得到与所述PWM信号的高电平及低电平相对应的连续的第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号，所述第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号通过所述变压器传输至所述解调输出模块，以分别解调出用于驱动全控型器件的开通信号和关断信号。本发明还公开了一种基于变压器的信号隔离传输方法。本发明电路结构简单、可靠性高。

Description

基于变压器的信号隔离传输电路及方法

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种基于变压器的信号隔离传输电路及方法。

背景技术

(Pulse Width Modulation，PWM)信号在传输时，通常的隔离方式有光隔离和磁隔离，光耦隔离方式由于隔离电压相对较低，存在传输延迟、老化和可靠性差等方面的问题。而采用脉冲变压器隔离方式可以实现相对较高的隔离电压，而且变压器的传输延迟小，可以实现较高的开关频率，不存在老化的问题，因此在驱动高压全控型电力电子器件时，采用脉冲变压器作为隔离元件来完成驱动信号的隔离是一个比较好的选择。但是，基于传统变压器的PWM信号隔离传输电路通常要求控制脉冲占空比小于50％，传统变压器磁芯的饱和问题也限制了控制脉冲的导通时间，另外，还存在PWM波形失真，易发生故障，可靠性差等缺点，很大程度上限制了这类电路的应用场合。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种基于变压器的信号隔离传输电路及方法，能够解决PWM波形失真导致可靠性差的问题，非常适合应用于全控型器件(如IGBT)的驱动电路中。

本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种基于变压器的信号隔离传输电路，用于全控型器件的驱动电路中，所述电路包括PWM信号输出模块、信号振荡模块、逻辑处理模块、变压器及解调输出模块，所述PWM信号输出模块及所述信号振荡模块均电连接于所述逻辑处理模块，所述逻辑处理模块还与所述变压器的原边电连接，所述解调输出模块与所述变压器的副边电连接；

所述PWM信号输出模块用于输出具有高低电平的PWM信号，所述信号振荡模块用于根据PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号，所述逻辑处理模块用于将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以得到与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号，所述第一窄脉冲信号通过所述变压器传输至所述解调输出模块，以解调出用于驱动所述全控型器件的开通信号，所述第二窄脉冲信号通过所述变压器传输至所述解调输出模块，以解调出用于截止所述全控型器件的关断信号。

进一步地，所述PWM信号输出模块包括PWM信号输出端，所述信号振荡模块包括第一振荡输出端及第二振荡输出端，所述逻辑处理模块包括第一与非门及第二与非门，所述变压器的原边包括第一输入端和第二输入端，所述PWM信号输出端分别与所述第一与非门的第一输入端及第二与非门的第一输入端电连接，所述第一振荡输出端电连接于所述第一与非门的第二输入端，所述第二振荡输出端电连接于所述第二与非门的第二输入端，所述第一与非门的输出端与所述变压器的第一输入端电连接，所述第二与非门的输出端与所述变压器的第二输入端电连接。

进一步地，所述信号振荡模块为振荡器。

进一步地，所述全控型器件为IGBT。

一种基于变压器的信号隔离传输方法，包括以下步骤：

S1、输出具有高低电平的PWM信号；

S2、根据所述PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号；

S3、将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以输出与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号；

S4、将所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号由变压器的原边向所述变压器的副边传输；

S5、在所述变压器的副边持续接收所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号，并对所接收的第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号进行解调，以分别得到对应于所述PWM信号的控制信号。

上述基于变压器的信号隔离传输电路及方法通过在变压器的原边设置信号振荡模块，所述信号振荡模块将根据PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号；又通过逻辑处理模块对所述PWM信号及所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以得到与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号，如此，所述第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号通过变压器传输后，在副边可持续接收到对应于所述PWM信号的控制信号，不仅可以防止所述变压器在信号传输过程中出现丢脉或失真等情况导致的故障现象，还能通过连续脉冲的变化判断全控型器件的状态变化，及时地作出开通与关断的动作，提高了电路的可靠性。

附图说明

图1是本发明提供的基于变压器的信号隔离传输电路的一较佳实施方式的方框图。

图2是本发明提供的基于变压器的信号隔离传输电路的一较佳实施方式的电路结构图。

图3是图2中信号传输过程中的波形示意图。

图4是本发明提供的基于变压器的信号隔离传输方法的一较佳实施方式的流程图。

主要元件符号说明

基于变压器的信号隔离传输电路 100

PWM信号输出模块 10

PWM信号输出端 11

信号振荡模块 20

逻辑处理模块 30

变压器 40

解调输出模块 50

IGBT驱动电路 200

第一与非门 NAND1

第二与非门 NAND2

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明提供一种基于变压器的信号隔离传输电路100，用于全控型器件的驱动电路中。所述电路包括PWM信号输出模块10、信号振荡模块20、逻辑处理模块30、变压器40及解调输出模块50。所述PWM信号输出模块10及所述信号振荡模块20均电连接于所述逻辑处理模块30。所述逻辑处理模块30还与所述变压器40的原边电连接。所述解调输出模块50与所述变压器40的副边电连接。

所述PWM信号输出模块10用于输出具有高低电平的PWM信号。所述信号振荡模块20用于根据所述PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号。所述逻辑处理模块30用于将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以得到与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号。所述第一窄脉冲信号通过所述变压器40传输至所述解调输出模块50，以解调出用于驱动所述全控型器件的开通信号。所述第二窄脉冲信号通过所述变压器40传输至所述解调输出模块50，以解调出用于截止所述全控型器件的关断信号。由于所述第一脉冲信号及所述第二脉冲信号均为连续的窄脉冲信号，如此，所述解调输出模块50将持续接收所述变压器40所传输的窄脉冲信号，不仅可以防止所述变压器40在信号传输过程中出现丢脉或失真等情况导致的故障现象，还能通过连续脉冲的变化判断全控型器件的状态变化，及时地作出开通与关断的动作，提高了电路的可靠性。

请参考图2，图2为本发明一较佳实施方式的电路结构图。在本实施方式中，所述基于变压器的信号隔离传输电路100与IGBT驱动电路200电连接，用于传输控制信号至所述IGBT驱动电路200，以开通或关断IGBT。所述PWM信号输出模块10包括PWM信号输出端11。所述信号振荡模块20包括第一振荡输出端Q1及第二振荡输出端Q2，在本实施方式中，所述信号振荡模块20为振荡器。所述逻辑处理模块30包括第一与非门NAND1及第二与非门NAND2。所述变压器40的原边包括第一输入端a和第二输入端b，所述变压器40的副边包括第一输出端c和第二输出端d。所述PWM信号输出端11分别与所述第一与非门NAND1的第一输入端及第二与非门NAND2的第一输入端电连接。所述第一振荡输出端Q1电连接于所述第一与非门NAND1的第二输入端。所述第二振荡输出端Q2电连接于所述第二与非门NAND2的第二输入端。所述第一与非门NAND1的输出端与所述变压器40的第一输入端a电连接。所述第二与非门NAND2的输出端与所述变压器40的第二输入端b电连接。所述变压器40的第一输出端c及第二输出端d均电连接于所述解调输出模块50。所述解调输出模块50还与所述IGBT驱动电路200电连接。

请同时参考图3，在本实施方式中，所述PWM信号输出端11所输出的PWM信号。当所述PWM信号为高电平时，第一振荡输出端Q1将输出连续的窄脉冲信号，经所述第一与非门NAND1逻辑变换后输出所述第一窄脉冲信号Turnup pulse至所述变压器40的第一输入端a，然后通过所述变压器40的第一输出端c输出至所述解调输出模块50。所述解调输出模块50对所述第一窄脉冲信号Turnup pulse解调，以输出用于驱动IGBT的开通的控制信号至所述IGBT驱动电路200。当所述PWM信号为低电平时，第二振荡输出端Q2将输出连续的窄脉冲信号，经所述第二与非门NAND2逻辑变换后输出所述第二窄脉冲信号Turnoff pulse至所述变压器40的第二输入端b，然后通过所述变压器40的第二输出端b输出至所述解调输出模块50。所述解调输出模块50对所述第二窄脉冲信号Turnoff pulse解调，以输出用于关断IGBT的控制信号Output至所述IGBT驱动电路200。

请参考图4，本发明还提供了一种基于变压器的信号隔离传输方法，包括如下步骤：

S1、输出具有高低电平的PWM信号；

S2、根据所述PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号；

S3、将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以输出与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号；

S4、将所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号由变压器的原边向所述变压器的副边传输；

S5、在所述变压器的副边持续接收所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号，并对所接收的第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号进行解调，以分别得到对应于所述PWM信号的控制信号。

上述基于变压器的信号隔离传输电路及方法通过在变压器40的原边设置信号振荡模块20，所述信号振荡模块20将根据PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号；又通过逻辑处理模块30对所述PWM信号及所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以得到与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号，如此，所述第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号通过变压器40传输后，在副边可持续接收到对应于所述PWM信号的控制信号，不仅可以防止所述变压器40在信号传输过程中出现丢脉或失真等情况导致的故障现象，还能通过连续脉冲的变化判断全控型器件的状态变化，及时地作出开通与关断的动作，提高了电路的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于变压器的信号隔离传输电路，用于全控型器件的驱动电路中，其特征在于，所述电路包括PWM信号输出模块、信号振荡模块、逻辑处理模块、变压器及解调输出模块，所述PWM信号输出模块及所述信号振荡模块均电连接于所述逻辑处理模块，所述逻辑处理模块还与所述变压器的原边电连接，所述解调输出模块与所述变压器的副边电连接；

所述PWM信号输出模块用于输出具有高低电平的PWM信号，所述信号振荡模块用于根据PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号，所述逻辑处理模块用于将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以得到与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号，所述第一窄脉冲信号通过所述变压器传输至所述解调输出模块，以解调出用于驱动所述全控型器件的开通信号，所述第二窄脉冲信号通过所述变压器传输至所述解调输出模块，以解调出用于截止所述全控型器件的关断信号，所述信号振荡模块为振荡器，所述全控型器件为IGBT。

2.根据权利要求1所述的基于变压器的信号隔离传输电路，其特征在于，所述PWM信号输出模块包括PWM信号输出端，所述信号振荡模块包括第一振荡输出端及第二振荡输出端，所述逻辑处理模块包括第一与非门及第二与非门，所述变压器的原边包括第一输入端和第二输入端，所述PWM信号输出端分别与所述第一与非门的第一输入端及第二与非门的第一输入端电连接，所述第一振荡输出端电连接于所述第一与非门的第二输入端，所述第二振荡输出端电连接于所述第二与非门的第二输入端，所述第一与非门的输出端与所述变压器的第一输入端电连接，所述第二与非门的输出端与所述变压器的第二输入端电连接。

3.如权利要求1-2所述的任何一种基于变压器的信号隔离传输电路的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输出具有高低电平的PWM信号；

S2、根据所述PWM信号的占空比和频率振荡输出窄脉冲信号；

S3、将所述PWM信号与所述窄脉冲信号进行逻辑处理，以输出与所述PWM信号的高电平相对应的连续的第一窄脉冲信号以及与所述PWM信号的低电平相对应的连续的第二窄脉冲信号；

S4、将所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号由变压器的原边向所述变压器的副边传输；

S5、在所述变压器的副边持续接收所述第一窄脉冲信号及所述第二窄脉冲信号，并对所接收的第一窄脉冲信号及第二窄脉冲信号进行解调，以分别得到对应于所述PWM信号的控制信号。