CN209948947U - 一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，该多信号磁隔离传输电路中的PWM信号转换模块以及电平转换电路分别连接于信号变压器的原边，整流电路以及电平识别模块连接于信号变压器的副边；电平转换电路调节信号变压器的原边电压，多路PWM信号输入PWM信号转换模块且被转换为对应的高频PWM信号，高频PWM信号作为原边信号被信号变压器传输到副边，得到副边交流信号，副边产生副边电压，整流电路恢复副边交流信号，电平识别模块输入对应的恢复电压，且电压识别模块比对副边电压和恢复电压，识别与恢复电压对应的交流信号，具有高可靠性，不易受到强磁场的干扰。

Description

一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路

技术领域

本实用新型涉及驱动电路领域，特别涉及一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路。

背景技术

磁隔离驱动电路，可将控制电路驱动脉冲和功率开关管进行磁隔离，其具有电路简单、不易损坏、低成本、工作频率高、延时极小等优点，被广泛地应用于开关电源领域。

传统的磁隔离驱动电路的框图和电平图如图1所示，输入信号PWM_X 经过转换电路转换后，在其处于上升沿时，磁信号变压器的两端产生一个正脉冲；对应地，在其处于下降沿时，磁信号变压器的两端产生一个负脉冲，经过变压器传输到副边，副边通过恢复电路把输入信号PWM_X恢复成V_{pwm_x},然而该磁隔离驱动电路存在以下两大主要缺陷：

一、容易受强磁场干扰：该磁隔离驱动电路在受到强磁干扰后会出现信号异常的情况，比如脉冲长度增加，脉冲丢失以及信号逻辑变反等问题，就势必会引起输出电压的变化，进而引起不必要的电路控制问题。比如，如果输出电压太高上升到功率回路主开关管导通阀时，将会导致开关管误操作，则可能会引发电源失效，甚至会危害到操作人员的人身安全。

二、没有纠错机制：在驱动电路出现问题，比如信号状态发生错误后，不能还原，导致驱动信号反向，从而引起系统炸机。

现有技术中也有部分针对磁驱动电路的改进方案，比如申请号 201210529780.X提供一种能够有效解决因占空比丢失而触发开关管误导通问题的磁驱动电路，其在原有的磁驱动电路的基础上添加设置放电电路，通过放电电路来取样输入侧脉冲信号，对输出侧放电，但该电路依旧只能解决脉冲信号丢失时的问题，且该电路的制作成本高，电路复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，该隔离传输信号可同时传输多种异步信号，即同一多信号磁隔离传输信号可同时输入多种驱动信号，达到异步信号传输的作用，极大程度地提高了多信号磁隔离传输电路的效率。

本实用新型的目的在于提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路以及应用，该磁隔离传输电路具有高可靠性，不易受到强磁场的干扰，即，该磁隔离传输电路具有良好的抗电磁场干扰能力。

本实用新型的目的在于提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，增加纠错机制，能够在受到干扰，信号状态出现错误时，及时地还原电平。

为了实现以上任一实用新型目的，本实用新型提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，包括：

PWM信号转换模块、电平转换电路、信号变压器、整流电路以及电平识别模块；

其中PWM信号转换模块以及电平转换电路分别连接于信号变压器的原边，整流电路以及电平识别模块连接于信号变压器的副边；电平转换电路调节信号变压器的原边电压，多路PWM信号输入PWM信号转换模块且被转换为对应的高频PWM信号，高频PWM信号作为原边信号被信号变压器传输到副边，得到副边交流信号，副边产生副边电压，整流电路恢复副边交流信号，电平识别模块输入对应的恢复电压，且电压识别模块比对副边电压和恢复电压，识别与恢复电压对应的交流信号。

在一些实施例中，每个PWM信号转换得到对应的高频PWM信号，该高频PWM 信号在原PWM信号的脉冲区间内形成多个脉冲。

在一些实施例中，恢复电压唯一相关于原边电压。

在一些实施例中，每路PWM信号对应传输有输入电平,且输入电平彼此不同, 输入电平输入电平转换电路的输入端，电平转换电路的输出端连接信号变压器的原边绕组。

在一些实施例中，电压转换电路包括多个并联的线性稳压器，并联的线性稳压器的输出端连接于信号变压器的原边绕组，且多路输入电压V输入对应的线性稳压器内。

在一些实施例中，PWM信号转换模块包括控制器以及多个独立PWM信号传输电路，其中每个独立PWM信号传输电路上设置有控制器以及开关，且独立PWM 信号传输电路的输出端连接于信号变压器的原边绕组。

在一些实施例中，多个独立PWM信号传输电路共用同一控制器。

在一些实施例中，电平识别模块包括多路并联的比较器，每个比较器的输入端连接于信号变压器的副边绕组，且每个比较器的输入端输入对应的恢复电压。

在一些实施例中，电压转换电路包括多个并联的电平转换器，并联的电平转换器的输出端连接于信号变压器的原边绕组，且多路输入电压V输入对应的电平转换器内。

根据本实用新型的另一方面，提供一种门级驱动，应用有如上任一所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路。

附图说明

图1是根据现有技术的磁隔离传输电路的电路框图。

图2是基于图1的磁隔离传输电路的电平示意图。

图3是根据本实用新型的一实施例的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路的原理简图。

图4是基于图3的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路的电路图。

图5是根据本实用新型的一实施例的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路的脉冲图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本实用新型提供一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，该多信号磁隔离传输电路可用于传输多路异步信号，且具有良好的抗电磁场干扰能力，为了达到以上效果，该多信号磁隔离传输电路包括PWM信号转换模块、电平转换电路、信号变压器、整流电路以及电平识别模块。

如图3所示，该多信号磁隔离传输电路的基本结构如下：

PWM信号转换模块以及电平转换电路分别连接于信号变压器的原边，整流电路和电平识别模块连接于信号变压器的副边；电平转换电路调节信号变压器的原边电压Vp，PWM信号转换模块转换多路PWM信号为对应的高频PWM信号，高频PWM信号作为原边信号被信号变压器传输到副边，得到副边交流信号，副边产生副边电压，整流电路恢复传输到副边的信号波，电平识别模块比对且副边电压和恢复电压，传输与恢复电压Vref对应的波形。

该多信号隔离传输电路内输入的电压以及信号介绍：

多路PWM信号输入到PWM信号转换模块内被转换为高频PWM信号，其中高频PWM信号相对PWM信号而言，高频PWM信号的频率远高于PWM信号，可达到 100倍以上，在原PWM信号的脉冲区间内形成多个小脉冲,脉冲图如图5所示。对应于每路PWM信号传输有不同的输入电平V,此时每一输入电平V对应每一路 PWM信号，且输入电平V彼此不同,输入电平V输入电平转换电路的输入端，电平转换电路的输出端连接信号变压器，以此方式调节原边电平Vp，由于电平转换电路单独控制每个输入电压V，即可调节原边电平Vp为任一输入电平V。信号变压器传输高频PWM信号至副边，副边对应产生副边电压Vs，整流电路恢复传输到副边的信号波，电平识别模块识别内输入恢复电压Vref,其中恢复电压 Vref相关于原边电压Vp，比如Vref为0.8Vp。且，在本实用新型的实施例中，多路PWM信号选择为异步信号

该多信号磁隔离传输电路的基本原理如下：

当某路PWM信号的输入为高时，即，该路PWM信号处于上升沿时，对应该路PWM信号的输入电平V的电平转换电路开始工作，调整信号变压器的原边电压Vp为V；同时，PWM信号被转换为高频PMM信号。信号变压器传输该信号至副边，且对应生成副边电压Vs，整流电路恢复传输到副边的信号波，电平识别模块识别Vs和恢复电压Vref，以此方式确认标记PWM信号，并对外进行传输。

也就是说，输入电平V以及恢复电压Vref的设置在该信号磁隔离传输电路中起到了标记识别PWM信号的作用。使得该多信号磁隔离传输电路可用于传输多路PWM信号，而不会彼此干扰。

另外，值得一提的是，该多信号磁隔离传输电路具有抗磁场干扰性能，表现如下：

当该多信号磁隔离传输电路受到磁场干扰时，即对应该路PWM信号的脉冲受到磁场波动影响，高频PWM信号可能会丢失掉一个或多个小脉冲，但是由于高频PWM信号另外还有其他的小脉冲在信号变压器中传输，在信号变压器的副边依旧可以得到对应该脉冲的波形，且输入电压V和恢复电压Vref并不受到磁场的影响，因此整流电路恢复该波形，即可得到原始波形，其丢失的高频信号略作滤波即可恢复。

针对脉冲丢失的情况：由于控制端有2个频率，PWM信号和高频PWM信号，高频PWM信号的频率远大于PWM信号，是100倍或者是1000倍的关系，脉冲信号丢一个高频PWM信号对于PWM信号的宽度最多只有1％的影响，可以将该脉冲丢失视为误差，不影响传输效果。

而传统的磁隔离传输电路如图1所示，在脉冲信号的上升沿与下降沿受到干扰时，由于其只有一个脉冲，脉冲不再传输，信号丢失后也没办法恢复，会造成波形丢失等异常现象。

相对应的，该多信号磁隔离传输电路还具有纠错机制，如上所述，即使出现了波形异常的情况也可快速恢复。

该多信号隔离传输电路的一实施例的具体电路图如下：

如图4所示，电压转换电路包括多个并联的线性稳压器，并联的线性稳压器的输出端连接于信号变压器的原边绕组，且多路输入电压V输入对应的线性稳压器内。PWM信号转换模块包括控制器以及多个独立PWM信号传输电路，其中每个独立PWM信号传输电路上设置有控制器以及开关，且独立PWM信号传输电路的输出端连接于信号变压器的原边绕组，另外，在本实用新型的实施例中，多个独立PWM信号传输电路可共用同一控制器，也可单独设置控制器。电压转换电路和独立PWM信号传输电路之间设置电路。电平识别模块包括多路并联的比较器，每个比较器的输入端连接于信号变压器的副边绕组，且每个比较器的输入端输入对应的恢复电压Vref。

信号变压器只能传输交流信号，用来把原边电压Vp转成交流信号，通过信号变压器传到副边的交流信号的控制信号就是高频PWM信号。

恢复电压Vref需预设置，可由副边另外提供电压产生，可通过电阻分压 /LDO/DC-DC等各种形式。

在本实用新型的实施例中，比较器为窗口比较器。

另外，本实用新型提供的该具有可靠性的多信号磁隔离电路可被应用于 M0S/IGBT的门级驱动，或者其他需要信号隔离传输的电路。

值得一提的是，电平转换电路保护但不限于线性稳压电路，在其他实施例中，线性稳压器还可选择为电平转换器。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于，包括：

PWM信号转换模块、电平转换电路、信号变压器、整流电路以及电平识别模块；

其中PWM信号转换模块以及电平转换电路分别连接于信号变压器的原边，整流电路以及电平识别模块连接于信号变压器的副边；电平转换电路调节信号变压器的原边电压，多路PWM信号输入PWM信号转换模块且被转换为对应的高频PWM信号，高频PWM信号作为原边信号被信号变压器传输到副边，得到副边交流信号，副边产生副边电压，整流电路恢复副边交流信号，电平识别模块输入对应的恢复电压，且电压识别模块比对副边电压和恢复电压，识别与恢复电压对应的交流信号。

2.根据权利要求1所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于，每个PWM信号转换得到对应的高频PWM信号，该高频PWM信号在原PWM信号的脉冲区间内形成多个脉冲。

3.根据权利要求1所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于，恢复电压唯一相关于原边电压。

4.根据权利要求1所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,每路PWM信号对应传输有输入电平,且输入电平彼此不同,输入电平输入电平转换电路的输入端，电平转换电路的输出端连接信号变压器的原边绕组。

5.根据权利要求4所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,电压转换电路包括多个并联的线性稳压器，并联的线性稳压器的输出端连接于信号变压器的原边绕组，且多路输入电压V输入对应的线性稳压器内。

6.根据权利要求4所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,电压转换电路包括多个并联的电平转换器，并联的电平转换器的输出端连接于信号变压器的原边绕组，且多路输入电压V输入对应的电平转换器内。

7.根据权利要求1所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,PWM信号转换模块包括控制器以及多个独立PWM信号传输电路，其中每个独立PWM信号传输电路上设置有控制器以及开关，且独立PWM信号传输电路的输出端连接于信号变压器的原边绕组。

8.根据权利要求7所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,多个独立PWM信号传输电路共用同一控制器。

9.根据权利要求1所述的具有高可靠性的多信号磁隔离传输电路，其特征在于,电平识别模块包括多路并联的比较器，每个比较器的输入端连接于信号变压器的副边绕组，且每个比较器的输入端输入对应的恢复电压。

Images