CN1889348A - 零偏置工作的无源信号隔离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零偏置工作的无源信号隔离器，包括自激振荡电路、三极管互补对管、直流偏置电路、变压器和整流电路，其中直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入互补对管的基极；所述的直流偏置电路包括电容和用于隔离自激振荡信号的反向隔离元件；电容和反向隔离元件串联，电容的一端接电流信号输入端，电容的一端接反向隔离元件的正向极，反向隔离元件的反向极接三极管互补对管的基极。本发明使电路在启动时三极管有一定的电流直流偏置，当启动完成后自动隔断直流偏置回路，三极管的驱动能量由电流回路的振荡回路提供，由此避免电流信号的损失，提高隔离器的信号传输精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流型无源信号隔离器，尤其是涉及一种零偏置工作的无源信号隔离器。
背景技术
如图1，现有技术中，无源信号隔离器包括互补三极对管对及电容构成的DC-DC半桥电路、主要由D101(双二极管串联电路)与自激振荡变压器组成的半桥自激振荡电路、1:1的信号耦合主变压器和主变压器次级的整流电路，无源信号隔离器通过半桥电路和半桥自激振荡电路对输入的直流电信号进行斩波，使之变成交流信号，然后用主变压器耦合的方式实现将能量从初级耦合到次级，最后再整流输出带动负载。传统无源信号隔离器的自激振荡电路是从电流回路中由电阻分流出一部分电流用于维持振荡电路的启动和工作，如图1中的直流偏置部分，一般有分流电阻构成，直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入对管的基极；这一电流通常为10微安或者更大。在以20毫安为量程的无源信号隔离器的信号应用要求中，10微安的信号分流将引起0.05％的信号误差；在一定程度上影响了信号隔离器传输精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无源信号隔离器，能解决了自激振荡电路因从电流回路分流而引起精度变差问题。
上述目的可通过以下的技术措施来实现：一种零偏置工作的无源信号隔离器，包括自激振荡电路、三极管互补对管、直流偏置电路、变压器和整流电路，其中直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入互补对管的基极；其特征在于：所述的直流偏置电路包括电容和用于隔离自激振荡信号的反向隔离元件；电容和反向隔离元件串联，电容的一端接电流信号输入端，电容的一端接反向隔离元件的正向极，反向隔离元件的反向极接三极管互补对管的基极。
作为进一步的改进，本发明在电容和反向隔离元件之间串联调节电阻，这样可以控制启动瞬间流入半桥电路的三极管基极电流，使电路启动更加稳定。
作为进一步的改进，本发明在电容的两端并联放电电阻，这样当信号输入撤销或关电时，电容可以通过电阻放电，为下一次电路的启动作准备，使下一次启动时更加稳定。
本发明所述反向隔离元件为二极管或三极管。
本发明还可以通过以下的技术措施实现：一种零偏置工作的无源信号隔离器，包括自激振荡电路、三极管互补对管、直流偏置电路、变压器和整流电路，其中直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入互补对管的基极；其特征在于：所述的直流偏置电路包括电容、放电电阻和调节电阻，放电电阻并联电容的两端，电容的一端接电流信号输入端，电容的另一端与调节电阻的一端串接，调节电阻的另一端接三极管互补对管的基极。
本发明使电路在启动时三极管有一定的电流直流偏置，该直流偏置电流来源于电流回路的分流，当启动完成后自动隔断直流偏置回路，启动完成后三极管的驱动能量由电流回路的振荡回路提供，由此避免电流信号的损失，提高隔离器的信号传输精度。
附图说明
图1为无源信号隔离器的电路原理图；
图2、图3、图4、图5、图6、图7为无源信号隔离器中直流偏置部分多种实施方式的原理图。
图8、图9为无源信号隔离器中对管单边偏置的电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2所示，Ii+为电流信号输入的信号正端，Ii-为电流信号输入的信号负端。Q100为NPN和PNP互补三极管对，Q100与电容C104，C105构成典型的DC-DC半桥电路。电容C100，C101，C102及D101(双二极管串联电路)与变压器L2组成半桥的自激振荡电路。L1是1:1的信号耦合变压器。变压器L1的次级连接整流电路。其中直流偏置电路包括电容C103和用于隔离自激振荡信号的二极管D102组成；电容C103的一端接电流信号输入端，电容C103的一端接二极管D102的阳极，二极管D102的阴极接三极管互补对管中NPN管的基极。
电路工作原理如下：当Ii+与Ii-端有电流信号接入时，电容C103，二极管D102对三极管对Q100形成直流偏置，Q100的NPN管开通，电容C104，C105相对启动瞬间来说形成通路，而变压器L2电流从2脚流入1脚。则有电流流经变压器L2的2、1脚，流经D101的3、2脚，流经Q100的2、1脚，回到变压器L2的2脚形成回路。此时Q100的PNP管导通，促使电流由Ii+流经Q100的6、1脚，流经变压器L2的2、3脚，流经变压器L1的2、1脚，流经电容C105回Ii-形成回路，完成对直流信号的正向斩波。由于变压器同名端的关系，而对于变压器L2来说电流流经2、3脚并且电流呈增长趋势，促使流经Q100的2、1脚的电流增加，更加剧流经变压器L1的2、1脚的电流，形成电流的正反馈同时也造成变压器L2的磁芯迅速达到饱和。之后两个回路的电流呈减小趋势。流经变压器L2的电流减小造成L2对三极管对基极驱动电压的反相，同时引起电流的反相，当该反相电压达到一定值使PNP管导通，同时NPN管截止，两个回路电流反相，同理完成对直流信号的反向斩波。正反向斩波信号经变压器L1耦合在次级整流后由Io+、Io-输出。
本实施例中电容C103，二极管D102组成的对Q100的NPN管的直流偏置。启动瞬间，电容C103相当于短路，有一定电流的直流偏置，有助于自激振荡电路起振。电流从信号输入的正极流入，流过电容C103，正向流过二极管D102，流入三极管对中一基极，再流入三极管发射极，最后通过其它电路流入信号输入负极，由此形成电路启动瞬间的偏置。启动过程中偏置电流向电容C103充电，当电容C103完成充电时，电容C103两端电压等于信号输入电压，此时电路的自激振荡完成，偏置电流降为零，三极管的基极驱动电流由自激振荡电路的能量提供。而自激振荡的电路是串联在三极管组成的电路中，不造成对电流主回路的分流；并且有二极管D102的反相作用使电容C103不能反复快速的充放电以至于影响三极管基极的驱动。此时该电路中电流信号完全由变压器L1斩波，没有其它分流，所以可以实现电流信号的高精度隔离传输。
为了下一次电路的启动作准备，使下一次启动时更加稳定，在电容C103的两端并联放电电阻电阻R100(如图3)，这样当信号输入撤销或关电时，电容C103可以通过电阻R100放电。如果当电路启动工作正常后再断电，电容C103因没有电能泄放回路，使在电容C103放电不充分的情况下再次启动，此时电路启动不稳定，同时启动瞬间三极管的基极电流较大。另外通常电阻R100选择非常大，达到10M左右，在电容C103两端电压等于信号输入电压，电路的自激振荡完成时，电阻R100代替电容C103形成偏置回路，但此时偏置电流非常小可看作零。
为了能够控制调节启动瞬间流入半桥电路的三极管基极电流，使电路启动更加稳定，在电容C103和二极管D102之间串联调节电阻R101(如图4)。
如图5所示，电阻R100、电容C103、电阻R101和二极管D102组成直流偏置部分，电阻R100与电容C103并联，电阻R100和电容C103的一个并联脚接信号输入的正极，电阻R100和C103的另一个并联脚接电阻R101的其中一脚，电阻R101的另一脚接二极管D102的阳极，二极管D102的阴极接NPN三极管的基极，这样既可以控制调节启动瞬间流入半桥电路的三极管基极电流，又能使电容放电，使电路工作更加稳定。
如图6所示，用三极管Q101代替图5所示中的二极管D102，三极管可以是NPN型的，也可以是PNP型的，增加三极管的基极限流电阻R102，该电路也能起到相同效果。
如图7所示，直流偏置电路由电容C103、放电电阻R100和调节电阻R101，放电电阻R100并联电容C103的两端，电容C103的一端接电流信号输入端，电容C103的另一端与调节电阻R101的一端串接，调节电阻R101的另一端接三极管互补对管中NPN管的基极。该电路仍能使电路正常工作，但直流偏置信号容易叠加在半桥电路的振荡驱动信号上，影响电路工作的稳定性。
如图8所示，可以对三极管互补对管中PNP管设置上述直流偏置回路，或者对三极管互补对管中PNP管和NPN管都设置上述直流偏置回路如图9所示，原理和效果相同。
Claims (5)
1、一种零偏置工作的无源信号隔离器，包括自激振荡电路、三极管互补对管、直流偏置电路、变压器和整流电路，其中直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入互补对管的基极；其特征在于：所述的直流偏置电路包括电容和用于隔离自激振荡信号的反向隔离元件；电容和反向隔离元件串联，电容的一端接电流信号输入端，电容的一端接反向隔离元件的正向极，反向隔离元件的反向极接三极管互补对管的基极。
2、根据权利要求1所述的零偏置工作的无源信号隔离器，其特征在于：在电容和反向隔离元件之间串联用于控制启动瞬间流入半桥电路的三极管基极电流调节电阻。
3、根据权利要求1或2所述的零偏置工作的无源信号隔离器，其特征在于：在电容的两端并联放电电阻。
4、根据权利要求1或2所述的零偏置工作的无源信号隔离器，其特征在于：所述反向隔离元件为二极管或三极管。
5、一种零偏置工作的无源信号隔离器，包括自激振荡电路、三极管互补对管、直流偏置电路、变压器和整流电路，其中直流偏置部分一端连接在信号输入端，直流偏置部分另一端与自激振荡电路的输出端一起接入互补对管的基极；其特征在于：所述的直流偏置电路包括电容、放电电阻和调节电阻，放电电阻并联电容的两端，电容的一端接电流信号输入端，电容的另一端与调节电阻的一端串接，调节电阻的另一端接三极管互补对管的基极。
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