一種無源信號隔離器的信號補償方法
2023-05-09 18:13:16 1
專利名稱：一種無源信號隔離器的信號補償方法
技術領域：
本發明涉及一種簡單的電路實現無源信號隔離器的信號補償方法。
背景技術：
現有技術中，無源信號隔離器包括互補三極體對及電容構成的DC-DC半橋電路、主要由D101與驅動變壓器組成的半橋自激振蕩電路、1∶1的信號耦合主變壓器和主變壓器的次級的整流電路，其中在電路連接中主變壓器的初級與驅動變壓器串聯，驅動變壓器的次級直接連接到半橋自激振蕩迴路中。無源信號隔離器通過半橋電路和半橋自激振蕩電路對輸入的直流電信號進行斬波，使之變成交流信號，然後用1:1主變壓器耦合的方式實現將能量從初級耦合到次級，最後再整流輸出帶動負載。因為理論上信號耦合過程中遵循初級和次級線圈的匝數比等於初級和次級線圈電流的反比的規律，從而能夠實現信號的隔離傳輸。
然而信號的能量通過變壓器耦合過程中因為銅損和鐵損等因素，難免因為存在能量損失，或者說磁力線向外發散，也或者次級端對信號不能做到理想的整流等種種因素造成電流信號不完全按照1∶1傳輸形成誤差。而這種信號的誤差往往表現為次級端的電流信號略小於初級端信號。
發明內容
本發明的目的是運用一種簡單而易於實現的方法對該微小的誤差進行補償，從而實現無源信號隔離器更高的信號傳輸精度。
上述目的可通過以下的技術措施來實現一種無源信號隔離器的信號補償方法，在無源信號隔離器電路中增設一個補償變壓器，該補償變壓器的初級與電路中的主變壓器的初級或次級串聯，補償變壓器次級的其中一端連接引線以能增加輸出電流的方向穿過主變壓器環形磁芯後再根據補償變壓器的功能連接；補償變壓器的初、次線圈匝數比由所需補償的誤差大小得出。補償變壓器有較大的線圈匝數比，假設變比是n，也就是說次級線圈匝數是初級線圈匝數的n倍；當一交變電流I流經補償變壓器初級線圈時，次級線圈產生一個I×1/n的交變電流；在補償變壓器的次級穿過主變壓器環形磁芯的情況下，可以增加主變壓器1/n倍的磁場強度，這樣信號的隔離傳輸得到1/n倍的補償量，使無源信號隔離器的精度得到提高。
本發明採用無源信號隔離器電路中的驅動變壓器作為補償變壓器，主變壓器的初級與驅動變壓器串聯，驅動變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後，再連接到半橋自激振蕩迴路中。
本發明補償變壓器的初級串接在主變壓器和驅動變壓器的初級之間，補償變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與補償變壓器次級的另一端連接。
本發明補償變壓器的初級與主變壓器的次級串接，補償變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與補償變壓器次級的另一端連接。
為了補償變壓器的次級穿過主變壓器環形磁芯後的連接方便及穩固，在補償變壓器的次級穿過主變壓器磁芯並纏繞後再連接。
上述目的還可通過以下的技術措施來實現一種無源信號隔離器的信號補償方法，在無源信號隔離器電路中的主變壓器上增設繞組，無源信號隔離器電路中的驅動變壓器的次級與該增設繞組串聯後，連接到半橋自激振蕩迴路中，該增設繞組線圈匝數比由所需補償的誤差大小得出。
本發明通過增設補償變壓器，經補償變壓器的次級穿入主變壓器，利用主變壓器初級線圈的能量在主變壓器磁芯內部疊加所需誤差補償的磁力線強度，由此彌補信號的傳輸失真，對損失的電流信號進行補償。而且這種補償對電流信號來說是一種比例補償，不會影響信號的線性度，同時又使精度得到提高。
圖1為本發明實施例一的連接原理圖；圖2為本發明實施例二的連接原理圖；圖3為本發明實施例三的連接原理圖；圖4為本發明實施例四的連接原理圖；圖5為本發明實施例五的連接原理圖；圖6為本發明實施例六的連接原理圖；圖7為補償變壓器的次級穿過主變壓器磁芯的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，Ii+為電流信號輸入的信號正端，Ii-為電流信號輸入的信號負端。Q100為NPN和PNP互補三極體對，互補三極體對Q100與電容C104，C105構成典型的DC-DC半橋電路。電阻R101，R102是三極體對偏置電流電阻。電容C100，C101，C102及D101(NPN和PNP組成的三極體對)與驅動變壓器L2組成半橋的自激振蕩電路，本實施例中驅動變壓器L2驅動三極體對的基極，同時也是補償變壓器。主變壓器L1是1∶1的信號耦合變壓器，主變壓器的次級是整流電路。
電路工作原理如下當Ii+與Ii-端有電流信號接入時，電阻R101，R102即對三極體對Q100形成直流偏置，電容C104，C105相對啟動瞬間來說形成通路，而驅動變壓器L2因線圈端壓瞬間不平衡的關係總有一個事先不確定方向的電流流過。假設電流由1腳流向2腳。則有電流流經L2的1、2腳，流經Q100的4、5腳，流經D101的1、3腳，回到L2的1腳形成迴路。此時Q100的PNP管導通，促使電流由Ii+流經電容C104，流經主變壓器L1的1、2腳，流經驅動變壓器L2的3、2腳，流經Q100的4、3腳回到Ii-形成迴路，完成對直流信號的正向斬波。
由於變壓器同名端的關係，而對於驅動變壓器L2來說電流流經3、2腳並且電流程增長趨勢促使流經Q100的4、5腳的電流增加，更加劇流經L1的1、2腳的電流，形成電流的正反饋同時也造成驅動變壓器L2的磁芯迅速達到飽和。之後驅動變壓器L2儲能線圈電壓反向，兩個迴路的電流程減小趨勢。流經驅動變壓器L2的電流減小，造成驅動變壓器L2對三極體對基極驅動電壓的反相，同時引起電流的反相，當該反相電壓達到一定值使NPN管導通，同時PNP管截止，兩個迴路電流反相。同理完成對直流信號的反向斬波。正反向斬波信號經L1變壓器耦合在次級整流後由Io+、Io-輸出。本實施例中，由驅動變壓器L2引出次級線圈的引線抽頭(1到2的線圈為次級，2到3的線圈為初級)穿入主變壓器環形磁芯，為了補償變壓器的次級引線抽頭H穿過後的連接方便及穩固，次級引線抽頭H穿過主變壓器磁芯並纏繞後(見圖7)，再接到D101的3腳進行補償，穿入的方向應能使輸出電流增加為準，如果方向不對會減小輸出的信號。這種補償是按輸入信號的變化定比例補償的，不會影響信號隔離傳輸的線性度。補償量的計算方法如下例如主變壓器的線圈匝數比為1∶1，電流信號在主變壓器隔離傳輸信號失真為0.5％，也就是信號輸出只有原來的99.5％，這樣理論上對該信號的補償量應為0.5％。假設當輸入為20毫安，輸出為19.900毫安時，計算相對補償比例為(20-19.900)/20＝1/200，則製作補償變壓器線圈比例為1∶200。將補償變壓器的初級串聯接入主變壓器的初級，然後補償變壓器的次級穿入主變壓器的環形磁芯再接入D101的3腳，這樣可以增加主變壓器200分之一倍的磁場強度，這樣信號的隔離傳輸得到200分之一倍0.5％的補償量，使無源信號隔離器的精度得到提高。
如圖2所示，本實施例中驅動變壓器的次級不穿入主變壓器的磁芯，另外增加一個隔離式補償變壓器L3，補償變壓器L3的初級1、2腳串接在主變壓器L1和驅動變壓器L2的初級之間，補償變壓器L3次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與其次級的另一端連接形成補償迴路，補償變壓器L3的線圈比例的計算與上述圖1實施例相同。
如圖3所示，本實施例與圖2實施例基本相同，不同之處在於補償變壓器採用自耦變壓器，變壓器L3的初級1、2腳串入主變壓器的初級迴路，次級的3腳穿過主變壓器的環形磁芯接到次級2腳形成迴路實現補償。
如圖4所示，本實施例中驅動變壓器的次級不穿入主變壓器的磁芯，另外增加一個隔離式補償變壓器L3，補償變壓器L3的初級與主變壓器的次級串接，補償變壓器L3次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與補償變壓器次級的另一端連接，形成補償迴路。
如圖5所示，本實施例與圖4實施例基本相同，不同之處在於補償變壓器採用自耦變壓器，變壓器L3的初級1、2腳串入主變壓器的次級迴路，次級的3腳穿過主變壓器的環形磁芯接到次級2腳形成迴路實現補償。
如圖6所示，本實施例在主變壓器增加較少圈數的繞組，驅動變壓器L2的次級與此繞組5、6腳串聯，繞組的6腳接入D101的3腳。該增設繞組線圈匝數比由所需補償的誤差大小得出，補償變壓器匝數比計算與上述相同。
權利要求
1.一種無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於在無源信號隔離器電路中增設一個補償變壓器，該補償變壓器的初級與電路中的主變壓器的初級或次級串聯，補償變壓器次級的其中一端連接引線以能增加輸出電流的方向穿過主變壓器環形磁芯後再根據補償變壓器的功能連接；補償變壓器的初、次線圈匝數比由所需補償的誤差大小得出。
2.根據權利要求1所述的無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於採用無源信號隔離器電路中的驅動變壓器作為補償變壓器，主變壓器的初級與驅動變壓器串聯，驅動變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後，再連接到半橋自激振蕩迴路中。
3.根據權利要求1所述的無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於補償變壓器的初級串接在主變壓器和驅動變壓器的初級之間，補償變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與補償變壓器次級的另一端連接。
4.根據權利要求1所述的無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於補償變壓器的初級與主變壓器的次級串接，補償變壓器次級的其中一端連接引線穿過主變壓器環形磁芯後與補償變壓器次級的另一端連接。
5.根據權利要求1至4任一項所述的無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於補償變壓器的次級穿過主變壓器環形磁芯後的連接方便及穩固，在補償變壓器的次級穿過主變壓器磁芯並纏繞後再連接。
6.一種無源信號隔離器的信號補償方法，其特徵在於在無源信號隔離器電路中的主變壓器上增設繞組，無源信號隔離器電路中的驅動變壓器的次級與該增設繞組串聯後，連接到半橋自激振蕩迴路中，該增設繞組線圈匝數比由所需補償的大小得出。
全文摘要
本發明公開了一種無源信號隔離器的信號補償方法，在無源信號隔離器電路中增設一個補償變壓器，該補償變壓器的初級與電路中的主變壓器的初級或次級串聯，補償變壓器次級的其中一端連接引線以能增加輸出電流的方向穿過主變壓器環形磁芯後再根據補償變壓器的功能連接；補償變壓器的初、次線圈匝數比由所需補償的誤差大小得出。在補償變壓器的次級穿過主變壓器環形磁芯的情況下，可以增加主變壓器1/n倍的磁場強度，這樣信號的隔離傳輸得到1/n倍的補償量，使無源信號隔離器的精度得到提高。
文檔編號H03H7/00GK1913062SQ200610036440
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月11日 優先權日2006年7月11日
發明者尹向陽, 磨定敏 申請人:廣州漢為電子科技有限公司