CN214544124U - 一种隔离变压装置及其系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开隔离变压装置及其系统，包括驱动信号分解模块、上半桥驱动模块、第一隔离变压模块、第一整流变压模块、下半桥驱动模块、第二隔离变压模块、第二整流变压模块和波形整合模块，上半桥驱动模块与驱动信号分解模块连接，第一隔离变压模块与上半桥驱动模块连接，第一整流变压模块与第一隔离变压模块连接，下半桥驱动模块与驱动信号分解模块连接，第二隔离变压模块与下半桥驱动模块连接，第二整流变压模块与第二隔离变压模块连接，波形整合模块第一输入端和第二输入端分别与第一整流变压模块的输出端和第二整流变压模块的输出端连接。本实用新型的隔离变压装置，能够避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压装置技术领域，特别是涉及一种隔离变压装置及其系统。
背景技术
根据隔离变压器的特性，非50％占空比的方波信号直接通过隔离变压器时，隔离变压器的磁通不能完全复位，从而产生偏磁的现象，隔离变压器的偏磁会使隔离变压器功耗增大、效率降低、温升增加，若长时间的偏磁得不到纠正，会导致隔离变压器在磁饱和状态下工作，隔离变压器的开关管易遭损坏。
实用新型内容
基于此，本实用新型的目的在于，提供一种隔离变压装置及其系统，能够避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象，保证本实用新型的隔离变压装置的使用安全，以及具有放大功率的作用，能够被广泛应用于数字功放、步进电机、灯光控制及其他需要隔离控制或功率放大的电器设备中。
本实用新型的目的由以下方案实现：
一种隔离变压装置，包括：
驱动信号分解模块，所述驱动信号分解模块用于将输入信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号；
上半桥驱动模块，所述上半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第一驱动信号；
第一隔离变压模块，所述第一隔离变压模块与所述上半桥驱动模块电连接；
第一整流变压模块，所述第一整流变压模块与所述第一隔离变压模块电连接；
下半桥驱动模块，所述下半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第二驱动信号；
第二隔离变压模块，所述第二隔离变压模块与所述下半桥驱动模块电连接；
第二整流变压模块，所述第二整流变压模块与所述第二隔离变压模块电连接；以及
波形整合模块，所述波形整合模块第一输入端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，第二输入端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述波形整合模块的输出端用于与外部负载连接。
本实用新型的隔离变压装置，不会直接将1％至99％占空比的方波信号输入隔离变压模块，而是先使用驱动信号分解模块将输入的方波信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号，然后第一驱动信号和第二驱动信号分别经上半桥驱动模块和下半桥驱动模块进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块，从而避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象，保证本实用新型的隔离变压装置的使用安全。第一驱动信号和第二驱动信号进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块后，分别经第一整流变压模块和第二整流变压模块整流，产生出一个正半周波形和一个负半周波形，然后波形整合模块将它们合成一个中点电压为0V的输出信号，供外部负载使用，外部负载使用的输出信号的占空比和频率均与驱动信号分解模块分解前的输入信号相同。再者，调节上半桥驱动模块和下半桥驱动模块的供电电压，或调节第一隔离变压模块和第二隔离变压模块的原边线圈和副边线圈的框数比，可以改变输出信号电压幅度的大小，进而起到放大功率的作用。
进一步优选地，所述隔离变压装置还包括驱动电源模块，所述驱动电源模块分别与所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块供电连接。
进一步优选地，所述隔离变压装置还包括反峰能量回收模块，所述反峰能量回收模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述反峰能量回收模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
进一步优选地，所述反峰能量回收模块包括高通模块、第三隔离变压模块、以及整流模块，所述高通模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述高通模块的输出端与所述第三隔离变压模块的输入端电连接，所述整流模块的输入端与所述第三隔离变压模块的输出端电连接，所述整流模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
进一步优选地，所述隔离变压装置还包括光耦隔离模块、积分模块、以及比较器模块，所述光耦隔离模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述积分模块的输入端电连接，所述比较器模块的输入端与所述积分模块的输出端电连接，所述比较器模块的输出端与所述驱动信号分解模块电连接。
进一步优选地，所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块均为半桥电路或推挽电路。
进一步优选地，所述第一整流变压模块和所述第二整流变压模块均为二极管全波整流电路、二极管桥式整流电路、全波同步整流电路、和桥式同步整流电路中的一种。
进一步优选地，所述波形整合模块包括第一同步电子开关和第二同步电子开关，所述第一同步电子开关第一端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，所述第二同步电子开关的第一端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述第一同步电子开关的第二端与所述第二同步电子开关的第二端电连接且形成所述波形整合模块的输出端。
一种隔离变压系统，包括上述任一项所述的隔离变压装置，若干所述隔离变压装置共用一所述驱动信号分解模块。
一种隔离变压系统，包括上述任一项所述的隔离变压装置，以两个所述隔离变压装置为一组配置一个反相器，所述反相器与其中一个所述隔离变压装置的驱动信号分解模块的输入端电连接。
相对于现有技术，本实用新型的隔离变压装置及其系统，不会直接将1％至 99％占空比的方波信号输入隔离变压模块，而是先使用驱动信号分解模块将输入的方波信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号，然后第一驱动信号和第二驱动信号分别经上半桥驱动模块和下半桥驱动模块进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块，从而避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象，保证本实用新型的隔离变压装置的使用安全。第一驱动信号和第二驱动信号进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块后，分别经第一整流变压模块和第二整流变压模块整流，产生出一个正半周波形和一个负半周波形，然后波形整合模块将它们合成一个中点电压为0V的输出信号，供外部负载使用，外部负载使用的输出信号的占空比和频率均与驱动信号分解模块分解前的输入信号相同。本实用新型的隔离变压装置还具有放大功率的功能，可广泛应用于数字功放、步进电机、灯光控制及其他需要隔离控制或功率放大的电器设备中。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1是本实用新型的隔离变压装置的模块示意图。
图2是图1示意图中各处的波形图。
图3是由触发器及模拟电子切换开关组成的驱动信号分解电路的示意图。
图4是由单片机组成的驱动信号分解电路的示意图。
图5是由触发器及门电路组成的驱动信号分解电路的示意图。
图6是半桥电路的实现电路及其输出波形。
图7是推挽电路的实现电路及其输出波形。
图8是二极管全波整流电路的示意图。
图9是二极管桥式整流电路的示意图。
图10是全波同步整流电路的示意图。
图11是桥式同步整流电路的示意图。
图12是本实用新型的隔离变压装置的波形整合模块的电路示意图。
图13是图12示意图中各处的波形图。
图14是本实用新型的隔离变压装置的反峰能量回收模块的模块示意图。
图15是本实用新型的隔离变压装置的反峰能量回收模块的第三隔离变压模块的电路示意图。
图16是图15示意图中各处的波形图。
图17是本实用新型的隔离变压装置的另一模块示意图。
图18是本实用新型的变压系统的模块示意图。
图19是本实用新型的另一变压系统的模块示意图。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本实用新型的隔离变压装置，如图1所示，包括：
驱动信号分解模块，所述驱动信号分解模块用于将输入信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号；
上半桥驱动模块，所述上半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第一驱动信号；
第一隔离变压模块，所述第一隔离变压模块与所述上半桥驱动模块电连接；
第一整流变压模块，所述第一整流变压模块与所述第一隔离变压模块电连接；
下半桥驱动模块，所述下半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第二驱动信号；
第二隔离变压模块，所述第二隔离变压模块与所述下半桥驱动模块电连接；
第二整流变压模块，所述第二整流变压模块与所述第二隔离变压模块电连接；以及
波形整合模块，所述波形整合模块第一输入端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，第二输入端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述波形整合模块的输出端用于与外部负载连接。
本实用新型的隔离变压装置，不会直接将1％至99％占空比的方波信号输入隔离变压模块，而是先使用驱动信号分解模块将输入的方波信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号，然后第一驱动信号和第二驱动信号分别经上半桥驱动模块和下半桥驱动模块进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块，从而避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象，保证本实用新型的隔离变压装置的使用安全。第一驱动信号和第二驱动信号进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块后，分别经第一整流变压模块和第二整流变压模块整流，产生出一个正半周波形和一个负半周波形，然后波形整合模块将它们合成一个中点电压为0V的输出信号，供外部负载使用，外部负载使用的输出信号的占空比和频率均与驱动信号分解模块分解前的输入信号相同。本实用新型的隔离变压装置可广泛应用于数字功放、步进电机、灯光控制及其他需要隔离控制或功率放大的电器设备中。
具体地，所述驱动信号分解模块可根据附图2的信号波形分析，根据实际需求使用数字电路或单片机予以实现。例如，图3-5分别示出3种典型的驱动信号分解模块的电路实现方案：由触发器及模拟电子切换开关组成的驱动信号分解电路、由单片机组成的驱动信号分解电路、和由触发器及门电路组成的驱动信号分解电路，均可实现将输入的方波信号转换为驱动上半桥驱动模块的第一驱动信号和驱动下半桥驱动模块的第二驱动信号。
优选地，所述第一隔离变压模块和所述第二隔离变压模块均为隔离变压器。
具体地，所述第一隔离变压模块和所述第二隔离变压模块的磁芯参数及原边/副边的绕组参数均相同。
本实用新型的隔离变压装置，调节第一隔离变压模块和第二隔离变压模块的原边线圈和副边线圈的框数比，可以改变输出信号电压幅度的大小，进而起到放大功率的作用。
优选地，所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块均为半桥电路或推挽电路。
具体地，在本实施例中，所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块优选为半桥电路，半桥电路的电路实现方案及其输出波形如图6所示。
在其它实施例中，可以将半桥电路改为推挽电路，推挽电路的电路实现方案及其输出波形如图7所示，半桥电路和推挽电路的隔离变压模块的输出端的输出信号的波形均相同，所连接的电路也相同，可根据产品设计的不同需求选择使用。
优选地，所述第一整流变压模块和所述第二整流变压模块均为二极管全波整流电路、二极管桥式整流电路、全波同步整流电路、和桥式同步整流电路中的一种，图8-11分别示出二极管全波整流电路、二极管桥式整流电路、全波同步整流电路、和桥式同步整流电路的实现电路。
整流电路具有倍频的特性，经第一整流变压模块和第二整流变压模块整流后的信号的频率比第一隔离变压模块和第二隔离变压模块的实际工作频率增加一倍。
优选地，所述波形整合模块包括第一同步电子开关和第二同步电子开关，所述第一同步电子开关第一端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，所述第二同步电子开关的第一端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述第一同步电子开关的第二端与所述第二同步电子开关的第二端电连接且形成所述波形整合模块的输出端。
具体地，如图12所示，K1为第一同步电子开关，K2为第二同步电子开关，外部负载为RL，第一整流变压模块输出的正半周波形输入到第一同步电子开关 K1的1脚，第二整流变压模块输出的负半周波形输入到第二同步电子开关K2 的2脚，第一同步电子开关K1的2脚与第二同步电子开关K2的1脚电连接，第一同步电子开关K1和第二同步电子开关K2的共同连接点形成所述波形整合模块的输出端，成为外部负载RL的驱动端口。
图13示出图12中各处的信号波形，波形整合模块的电路工作原理为：正半周波形到来时，第一同步电子开关K1导通，正半周波形结束时，第一同步电子开关K1开关不导通，负半周波形到来时，第二同步电子开关K2导通，负半周波形结束时，第二同步电子开关K2开关不导通。
优选地，所述隔离变压装置还包括驱动电源模块，所述驱动电源模块分别与所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块供电连接。
驱动电源模块可以辅助调节上半桥驱动模块和下半桥驱动模块的供电电压，从而改变波形整合模块的输出信号电压幅度的大小，进而起到放大功率的作用。
优选地，所述隔离变压装置还包括反峰能量回收模块，所述反峰能量回收模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述反峰能量回收模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
本实用新型的隔离变压装置可以通过波形整合模块的输出端与外部容性负载和/或外部阻性负载连接以直接驱动它们。但对于外部感性负载，由于连接外部感性负载后会有电感反峰电压的存在，极高的反峰电压容易损坏整流模块的二极管和同步电子开关，增加反峰能量回收模块并将反峰的能量反馈回驱动电源模块中能够避免反峰电压损坏器件及进一步提高本实用新型的隔离变压装置的能效比。
优选地，如图14所示，所述反峰能量回收模块包括高通模块、第三隔离变压模块、以及整流模块，所述高通模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述高通模块的输出端与所述第三隔离变压模块的输入端电连接，所述整流模块的输入端与所述第三隔离变压模块的输出端电连接，所述整流模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
参见图15-16，外部感性负载为L，电容为C，本实用新型的隔离变压装置连接外部感性负载L而产生反峰电压B1时，第三隔离变压模块利用小容量的电容C通高频、阻低频的特性，过滤出反峰电压信号B2，由于过滤出的反峰电压基本是正负相位的窄脉冲信号，第三隔离变压模块的副边可以采用全波整流或桥式整流，将负的反峰电压转换为正的反峰电压，并和原来正的反峰电压一同输出形成反峰电压B3，整流后的反峰电压B3输入驱动电源模块，当反峰电压 B3高于上半桥驱动模块和下半桥驱动模块所能承受的供电电压的峰值能量时，将反峰电压B3多余的部分存储在驱动电源模块上，供上半桥驱动模块和下半桥驱动模块再次使用，从而提高了本实用新型的隔离变压装置的能效比。
优选地，如图17所示，所述隔离变压装置还包括光耦隔离模块、积分模块、以及比较器模块，所述光耦隔离模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述积分模块的输入端电连接，所述比较器模块的输入端与所述积分模块的输出端电连接，所述比较器模块的输出端与所述驱动信号分解模块电连接。
波形整合模块的输出端的PWM信号经由光耦隔离模块处理，光耦隔离模块再将其传送至积分模块和比较器模块，使得本实用新型的隔离变压装置形成D 类功放的反馈环路，保证正常运作。
由于实用新型的隔离变压装置的波形整合模块的输出端属于信号端对地做功，所以可以将相同的上述隔离变压装置连接为桥接电路。
据此，本实用新型还公开一种隔离变压系统，包括若干上述的隔离变压装置，若干所述隔离变压装置共用一所述驱动信号分解模块。
具体地，如图18所示，所述隔离变压装置优选为两个，其中，所述共用驱动信号分解模块与其中一个隔离变压装置的上半桥驱动模块连接的一端也与另外一个隔离变压装置的下半桥驱动模块连接，所述共用驱动信号分解模块与其中一个隔离变压装置的下半桥驱动模块连接的一端与另外一个隔离变压装置的上半桥驱动模块连接，从而使得两个隔离变压装置中一个成为正相的隔离变压装置，另一个成为反相的隔离变压装置。
正相的隔离变压装置和反相的隔离变压装置共同使用共用驱动信号分解模块，正相的隔离变压装置的输出端和反相的隔离变压装置的输出端分别输出一正一负的信号波形，供给外部负载使用，达到桥接功能。
再者，本实用新型还公开另一种隔离变压系统，包括若干上述的隔离变压装置，以两个所述隔离变压装置为一组配置一个反相器，所述反相器与其中一个所述隔离变压装置的驱动信号分解模块的输入端电连接。
具体地，如图19所示，所述隔离变压装置优选为两个。
反相器将输入信号反相后传送至其中一个隔离变压装置使其成为反相的隔离变压装置，正相的隔离变压装置的输出端和反相的隔离变压装置的输出端分别输出一正一负的信号波形，供给外部负载使用，达到桥接功能。
相对于现有技术，本实用新型的隔离变压装置及其系统，不会直接将1％至 99％占空比的方波信号输入隔离变压模块，而是先使用驱动信号分解模块将输入的方波信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号，然后第一驱动信号和第二驱动信号分别经上半桥驱动模块和下半桥驱动模块进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块，从而避免非50％占空比的方波信号直接进入隔离变压模块而产生偏磁的现象，保证本实用新型的隔离变压装置的使用安全。第一驱动信号和第二驱动信号进入第一隔离变压模块和第二隔离变压模块后，分别经第一整流变压模块和第二整流变压模块整流，产生出一个正半周波形和一个负半周波形，然后波形整合模块将它们合成一个中点电压为0V的输出信号，供外部负载使用，外部负载使用的输出信号的占空比和频率均与驱动信号分解模块分解前的输入信号相同。本实用新型的隔离变压装置还具有放大功率的功能，可广泛应用于数字功放、步进电机、灯光控制及其他需要隔离控制或功率放大的电器设备中。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种隔离变压装置，其特征在于，包括：
驱动信号分解模块，所述驱动信号分解模块用于将输入信号分解为占空比相同的第一驱动信号和第二驱动信号；
上半桥驱动模块，所述上半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第一驱动信号；
第一隔离变压模块，所述第一隔离变压模块与所述上半桥驱动模块电连接；
第一整流变压模块，所述第一整流变压模块与所述第一隔离变压模块电连接；
下半桥驱动模块，所述下半桥驱动模块与所述驱动信号分解模块信号连接并接收第二驱动信号；
第二隔离变压模块，所述第二隔离变压模块与所述下半桥驱动模块电连接；
第二整流变压模块，所述第二整流变压模块与所述第二隔离变压模块电连接；以及
波形整合模块，所述波形整合模块第一输入端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，第二输入端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述波形整合模块的输出端用于与外部负载连接。
2.根据权利要求1所述的隔离变压装置，其特征在于：所述隔离变压装置还包括驱动电源模块，所述驱动电源模块分别与所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块供电连接。
3.根据权利要求2所述的隔离变压装置，其特征在于：所述隔离变压装置还包括反峰能量回收模块，所述反峰能量回收模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述反峰能量回收模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
4.根据权利要求3所述的隔离变压装置，其特征在于：所述反峰能量回收模块包括高通模块、第三隔离变压模块、以及整流模块，所述高通模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述高通模块的输出端与所述第三隔离变压模块的输入端电连接，所述整流模块的输入端与所述第三隔离变压模块的输出端电连接，所述整流模块的输出端与所述驱动电源模块电连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的隔离变压装置，其特征在于：所述隔离变压装置还包括光耦隔离模块、积分模块、以及比较器模块，所述光耦隔离模块的输入端与所述波形整合模块的输出端电连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述积分模块的输入端电连接，所述比较器模块的输入端与所述积分模块的输出端电连接，所述比较器模块的输出端与所述驱动信号分解模块电连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的隔离变压装置，其特征在于：所述上半桥驱动模块和所述下半桥驱动模块均为半桥电路或推挽电路。
7.根据权利要求1-4任一项所述的隔离变压装置，其特征在于：所述第一整流变压模块和所述第二整流变压模块均为二极管全波整流电路、二极管桥式整流电路、全波同步整流电路、和桥式同步整流电路中的一种。
8.根据权利要求1-4任一项所述的隔离变压装置，其特征在于：所述波形整合模块包括第一同步电子开关和第二同步电子开关，所述第一同步电子开关第一端与所述第一整流变压模块的输出端电连接，所述第二同步电子开关的第一端与所述第二整流变压模块的输出端电连接，所述第一同步电子开关的第二端与所述第二同步电子开关的第二端电连接且形成所述波形整合模块的输出端。
9.一种隔离变压系统，其特征在于：包括若干权利要求1-8任一项所述的隔离变压装置，若干所述隔离变压装置共用一所述驱动信号分解模块。
10.一种隔离变压系统，其特征在于：包括若干权利要求1-8任一项所述的隔离变压装置，以两个所述隔离变压装置为一组配置一个反相器，所述反相器与其中一个所述隔离变压装置的驱动信号分解模块的输入端电连接。
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| CN214544124U true CN214544124U (zh) | 2021-10-29 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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