用於隔離放大器的變壓器的製作方法
2023-06-01 20:57:46
專利名稱：用於隔離放大器的變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子元件，尤其是一種適用於隔離放大器上的變壓器。
背景技術：
隔離放大器是ー種連接於輸入電路和輸出電路之間電氣絕緣的放大器，採用變壓器或光耦合傳遞信號，在エ業控制、信號測量和醫療器械，信號放大等各個方面獲得廣泛應用。隔離放大器作用是對模擬信號進行隔離，並按照一定的比例放大，要求輸出的信號失真要小，線性度、精度、帶寬、隔離耐壓等參數都要達到使用要求。一般情況下，變壓器作為單一功能來使用一種功能是傳輸功率，歸類為電源變壓器；另ー種功能是傳輸信號，並實現電氣隔離。現有變壓器耦合類隔離放大器中，使用兩個變壓器來實現上述兩種功能，ー個是傳輸功率的電源變壓器，另ー個是實現傳輸信號或電氣隔離功能的變壓器。由於兩種變壓器分別帶有各自的磁芯，對單獨傳輸信號或電氣隔離功能的變壓器，每個繞組之間的隔離電壓或耦合電容要求不高，採用雙線並繞的結構即可。本專利申請人在試製變壓器耦合類隔離放大器工作中，遇到了變壓器製作難題，因為本專利申請人試製的變壓器耦合類隔離放大器，用戶要求大幅度減小其體積，只能夠使用一個變壓器，該變壓器必須同時完成功率以及信號的傳輸，要求傳輸信號的變壓器中的解調繞組対稱性和一致性好，若採用現有雙線並繞結構，繞組之間的對稱性和一致性達到要求，但兩個繞組間的耦合電容太大，而且隔離電壓太小，不能滿足產品電性能要求，因此普通雙線並繞的結構不能達到上述使用ー個變壓器的要求。
發明內容
本申請人針對上述大幅度減小變壓器耦合類隔離放大器體積、只能夠使用ー個變壓器的用戶要求，提供一種用於隔離放大器的變壓器，其既能夠傳輸功率，又能夠傳輸信號，並實現電氣隔離，以及具有漏感小、解調繞組対稱性與一致性好的優點。本發明所採用的技術方案如下
一種用於隔離放大器的變壓器，
包括環形磁芯，環形磁芯上繞有原邊繞組Wl以及副邊繞組
原邊繞組W1，其同名端連接一直流電壓源，原邊繞組Wl的異名端與開關三極體T的集電極連接，開關三極體T的基極輸入ー脈衝電壓，開關三極體T的發射極接地；
副邊繞組，包括供電繞組W2 供電繞組W5、解調繞組W6及解調繞組W7以及調製繞組
W8 ；
所述供電繞組W2 供電繞組W5分別連接整流電路；
所述解調繞組W6的連接結構為解調繞組W6的異名端連接電平移位電路的輸入端，所述電平移位電路的輸出端Voutl與輸入解調器連接，解調繞組W6的同名端與所述電平移位電路的接地端連接；解調繞組W6的異名端與ニ極管D6的負極連接，ニ極管D6的正極通過連接的電容C6接地；
所述解調繞組W7的連接結構為解調繞組W7的異名端連接電平移位電路的輸入端，所述電平移位電路的輸出端Vout2與輸出解調器連接，解調繞組W7的同名端與所述電平移位電路的接地端連接；解調繞組W7的異名端與ニ極管D7的負極連接，ニ極管D7的正極通過連接的電容C7接地；
所述調製繞組W8的連接結構為調製繞組W8的同名端與ニ極管D8的負極連接，ニ極管D8的正極連接調製器的輸出端，調製繞組W8的異名端與所述調製器的接地端連接。作為上述技術方案的進ー步改進
所述供電繞組W2以及供電繞組W5分別連接的整流電路為供電繞組W2的同名端以及供電繞組W5的同名端分別與ニ極管D2、ニ極管D5的正極連接，ニ極管D2、ニ極管D5的負極分別為供電輸出端，所述供電輸出端分別連接濾波電容器C2、濾波電容器C5 ;所述供電 繞組W3以及供電繞組W4分別連接的整流電路為供電繞組W3的異名端以及供電繞組W4的異名端分別與ニ極管D3、ニ極管D4的負極連接，ニ極管D3、ニ極管D4的正極分別為供電輸出端，所述供電輸出端分別連接濾波電容器C3、濾波電容器C4 ；
所述解調繞組W6及解調繞組W7的匝數及電感量相同，解調繞組W6及解調繞組W7的同名端位置以通過環形磁芯中心的軸線為鏡像對稱；
所述供電繞組W2與供電繞組W4以及供電繞組W3與供電繞組W5分別位於環形磁芯的兩夂而，並分別為雙線並繞結構；
所述各線圈繞組的起始端與終止端通過絕緣外表層絞合。本發明的有益效果如下
(1)本發明將原邊繞組以及副邊繞組繞於同一環形磁芯上，原邊繞組連接開關三極體電路，開關三極體導通時為本發明傳輸功率的周期，開關三極體截止時為傳輸信號的周期，使得本發明實現傳輸功率和傳輸信號兩種功能；其中原邊繞組與供電繞組的耦合實現傳輸功率的功能，原邊繞組與調製繞組以及解調繞組的耦合實現傳輸信號的功能；
(2)供電繞組採用整流ニ極管與濾波電容器構成的L型濾波器，電路結構簡單，成本
低；
(3)解調繞組W6與解調繞組W7的匝數及電感量相同，並採用鏡像對稱的繞線結構，相比於現有技術中普通變壓器的繞線結構，其一致性與対稱性(電感量)高出3-5倍，從而滿足產品電性能的使用要求；
(4)供電繞組W2與供電繞組W4以及供電繞組W3與供電繞組W5分別位於環形磁芯I的兩端，井分別為雙線並繞結構，容易使並繞的兩個線圈電氣特性達成一致；
(5)各線圈繞組的起始端與終止端通過絕緣外表層絞合，提高各線圈閉合性能，減少漏磁，有利於滿足解調繞組W6與解調繞組W7的平衡對稱性能。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的電路圖。圖3為本發明開關三極體工作狀態圖。其中環形磁芯-I ;開關三極體-T ;原邊繞組-Wl ;供電繞組_W2、W3、W4、W5 ;解調繞組 _W6、W7 ;調製繞組-W8 ;ニ極管-D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 ;濾波電容器 _C2、C3、C4、C5、C6、C7 ;電平移位電路的輸出端-Voutl ;電平移位電路的輸出端-Vout2 ;接地-GNDI、GND2。
具體實施例方式下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式
。如圖I所示，本發明包括環形磁芯1，環形磁芯I上繞有原邊繞組Wl以及副邊繞組
見圖2，原邊繞組W1，其同名端連接一直流電壓源(15V)，原邊繞組Wl的異名端與開關三極體T的集電極連接，開關三極體T的基極輸入ー脈衝電壓，開關三極體T的發射極接地； 副邊繞組，包括供電繞組W2 供電繞組W5、解調繞組W6及解調繞組W7以及調製繞組
W8 ；
供電繞組W2 供電繞組W5分別連接整流電路；供電繞組W2以及供電繞組W5分別連接的整流電路為供電繞組W2的同名端以及供電繞組W5的同名端分別與ニ極管D2、ニ極管D5的正極連接，ニ極管D2、ニ極管D5的負極分別為供電輸出端，供電輸出端分別連接濾波電容器C2、濾波電容器C5 ;供電繞組W3以及供電繞組W4分別連接的整流電路為供電繞組W3的異名端以及供電繞組W4的異名端分別與ニ極管D3、ニ極管D4的負極連接，ニ極管D3、ニ極管D4的正極分別為供電輸出端，供電輸出端分別連接濾波電容器C3、濾波電容器C4。解調繞組W6的連接結構為解調繞組W6的異名端連接電平移位電路的輸入端，電平移位電路的輸出端Voutl與輸入解調器連接，解調繞組W6的同名端與電平移位電路的接地端連接；解調繞組W6的異名端與ニ極管D6的負極連接，ニ極管D6的正極通過連接的電容C6接地；
解調繞組W7的連接結構為解調繞組W7的異名端連接電平移位電路的輸入端，電平移位電路的輸出端Vout2與輸出解調器連接，解調繞組W7的同名端與電平移位電路的接地端連接；解調繞組W7的異名端與ニ極管D7的負極連接，ニ極管D7的正極通過連接的電容C7接地；
調製繞組W8的連接結構為調製繞組W8的同名端與ニ極管D8的負極連接，ニ極管D8的正極連接調製器的輸出端，調製繞組W8的異名端與調製器的接地端連接。供電繞組W2與供電繞組W4以及供電繞組W3與供電繞組W5分別位於環形磁芯I的兩ゑ而，並分別為雙線並繞結構。解調繞組W6及解調繞組W7的匝數及電感量相同，解調繞組W6及解調繞組W7的同名端位置以通過環形磁芯I中心的軸線為鏡像對稱。上述電平移位電路、輸入解調器、輸出解調器皆為現有技木。解調繞組W6及解調繞組W7的一致性與対稱性要求極高(電感量相同)。見圖I，解調繞組W6和解調繞組W7分布於環形磁芯I水平軸線的上下兩邊，解調繞組W6和解調繞組W7的同名端關於環形磁芯I水平軸線鏡像對稱，解調繞組W6和解調繞組W7繞組距離原邊繞組Wl的磁路長度Ie相等，保證解調繞組W6和解調繞組W7保持一致、對稱。
原邊繞組W1、解調繞組W6和解調繞組W7其匝間應均勻、緊密，各線圈繞組的起始端與終止端通過絕緣外表層絞合，以便提高各線圈閉合性能，減少漏磁，有利於解調繞組W6與解調繞組W7的平衡對稱性能。原邊繞組W1、解調繞組W6和解調繞組W7線圈匝數均為8圈，供電繞組W2 供電繞組W5的線圈匝數均為5圈，調製繞組W8的線圈匝數為3圈。經測試，解調繞組W6和解調繞組W7的電感量誤差小於O. 15%，比現有技術中分別在兩個磁芯上採用雙線並繞結構電感量的精度提高4倍，原邊繞組Wl的漏感小於1.8%，隔離電壓大，完全滿足使用要求。本發明的工作原理如下
本發明可以同時傳輸功率與傳輸信號。見圖2和圖3，當開關三極體T導通時為功率傳輸周期
供電繞組W2 W5感應出上正下負的電壓極性，通過二極體D2 D5整流，並通過濾波·電容器C2 C5的濾波給負載供電，完成傳輸功率功能；同時，解調繞組W6與解調繞組W7電壓極性為上負下正，二極體D6、二極體D7處於導通狀態，提供-15V下拉電平；調製繞組W8電壓極性為上正下負，二極體D8處於截止狀態，調製器不工作。見圖2和圖3，當開關三極體T截止時為信號傳輸周期
供電繞組W2 W5感應出上負下正的電壓極性，此時，二極體D2 D5處於截止狀態，供電整流迴路(功率傳輸)不工作；調製繞組W8的電壓極性為上負下正，二極體D8處於導通狀態，調製器開始工作，通過控制調製繞組W8中流過的電流大小來控制變壓器中的峰值電壓的大小；此時變壓器原邊繞組Wl產生的峰值電壓分別在解調繞組W6和解調繞組W7上感應出上正下負的電壓，二極體D6、二極體D7處於截止狀態，給電平移位電路提供信號，電平移位電路的輸出端Voutl為解調輸入，電平移位電路的輸出端Vout2為解調輸出，這樣完成信號傳輸功能。本發明耦合電容小，隔離電壓大，能滿足產品電性能使用要求。以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的範圍參見權利要求，在本發明的保護範圍之內，可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種用於隔離放大器的變壓器，其特徵在幹 包括環形磁芯(I)，環形磁芯(I)上繞有原邊繞組(Wl)以及副邊繞組 原邊繞組(W1)，其同名端連接一直流電壓源，原邊繞組(Wl)的異名端與開關三極體(T)的集電極連接，開關三極體(T)的基極輸入ー脈衝電壓，開關三極體(T)的發射極接地； 副邊繞組，包括供電繞組(W2) 供電繞組(W5)、解調繞組(W6)及解調繞組(W7)以及調製繞組(W8)； 所述供電繞組(W2 ) 供電繞組(W5 )分別連接整流電路； 所述解調繞組(W6)的連接結構為解調繞組(W6)的異名端連接電平移位電路的輸入端，所述電平移位電路的輸出端(Voutl)與輸入解調器連接，解調繞組(W6)的同名端與所述電平移位電路的接地端連接；解調繞組(W6)的異名端並與ニ極管(D6)的負極連接，ニ極 管(D6)的正極通過連接的電容(C6)接地； 所述解調繞組(W7)的連接結構為解調繞組(W7)的異名端連接電平移位電路的輸入端，所述電平移位電路的輸出端(Vout2)與輸出解調器連接，解調繞組(W7)的同名端與所述電平移位電路的接地端連接；解調繞組(W7)的異名端並與ニ極管(D7)的負極連接，ニ極管(D7)的正極通過連接的電容(C7)接地； 所述調製繞組(W8)的連接結構為調製繞組(W8)的同名端與ニ極管(D8)的負極連接，ニ極管(D8)的正極連接調製器的輸出端，調製繞組(W8)的異名端與所述調製器的接地端連接。
2.如權利要求I所述的用於隔離放大器的變壓器，其特徵在於所述供電繞組(W2)以及供電繞組(W5)分別連接的整流電路為供電繞組(W2)的同名端以及供電繞組(W5)的同名端分別與ニ極管(D2)以及ニ極管(D5)的正極連接，ニ極管(D2)以及ニ極管(D5)的負極分別為供電輸出端，所述供電輸出端分別連接濾波電容器(C2)以及濾波電容器(C5);所述供電繞組(W3)以及供電繞組(W4)分別連接的整流電路為供電繞組(W3)的異名端以及供電繞組(W4)的異名端分別與ニ極管(D3)以及ニ極管(D4)的負極連接，ニ極管(D3)以及ニ極管(D4)的正極分別為供電輸出端，所述供電輸出端分別連接濾波電容器(C3)以及濾波電容器(C4)。
3.如權利要求I所述的用於隔離放大器的變壓器，其特徵在於所述解調繞組(W6)及解調繞組(W7)的匝數及電感量相同，解調繞組(W6)及解調繞組(W7)的同名端位置以通過環形磁芯(I)中心的軸線為鏡像對稱。
4.如權利要求I所述的用於隔離放大器的變壓器，其特徵在於所述供電繞組(W2)與供電繞組(W4)以及供電繞組(W3)與供電繞組(W5)分別位於環形磁芯(I)的兩端，並分別為雙線並繞結構。
5.如權利要求I所述的用於隔離放大器的變壓器，其特徵在於所述各線圈繞組的起始端與終止端通過絕緣外表層絞合。
全文摘要
本發明所述的一種用於隔離放大器的變壓器，包括環形磁芯，環形磁芯上繞有原邊繞組以及副邊繞組原邊繞組，其同名端連接一直流電壓源，異名端連接開關三極體；副邊繞組包括四個供電繞組、兩個解調繞組以及一個調製繞組；四個供電繞組分別連接整流電路；開關三極體導通時為功率傳輸周期，開關三極體截止時為信號傳輸周期，使得本發明實現傳輸功率和傳輸信號兩種功能；其中原邊繞組與供電繞組的耦合實現傳輸功率的功能，原邊繞組與調製繞組以及解調繞組的耦合實現傳輸信號的功能。本發明具有耦合電容小，隔離電壓大，漏感小以及體積小等優點。
文檔編號H01F27/40GK102856063SQ201210335249
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者劉盤泉, 陳文卿, 奚建勇, 梁繼遠, 張愛學 申請人:無錫天和電子有限公司, 中國運載火箭技術研究院