平衡式差動斬波器電路及基於該斬波器電路的隔離放大器的製作方法

2023-11-05 01:35:02 2

本發明涉及斬波電路領域，具體涉及一種平衡式差動斬波器電路及基於該斬波器電路的隔離放大器。

背景技術：

現有的斬波調製解調方式的變壓器隔離放大器，基本都採用採用n溝道fet開關管來做斬波器件。如圖1至圖3所示，其斬波調製/解調分別採用的方式有：串聯斬波，並聯斬波，串並聯斬波。採用這些方式的斬波，存在著兩方面的不利因素，影響斬波調製/解調的指標。

其一，被深度夾斷時，fet開關管的柵-漏電流igdo。fet開關管的柵極和溝道之間相當於反偏的pn結二極體，所以，即便有足夠大的負柵壓深度夾斷時，柵-漏和柵-源極之間仍然存在反偏漏電流。柵-漏電流igdo在斬波/解調負載rl上產生的電壓降等於igdorl。當rl值足夠大時，這個值可能是比較大的。igdo還近似於溫度呈現指數關係，是引起斬波器溫漂的主要原因。以目前用得比較多的串聯斬波為例,分析一下柵-漏電流igdo和瞬變尖峰對輸出斬波信號的影響，其餘電路類似。串聯斬波fet開關管導通和夾斷時，其等效電路分別如圖4和圖5所示。fet開關管導通時，負載電壓vo1為：fet開關管夾斷時，負載電壓vo2為：vo2＝igdorl。則輸入直流緩變信號vi經串聯斬波器後產生的交變信號v0的關係為：

其二，瞬變尖峰。n溝道fet開關管都存在著比較大的柵溝道結電容，其數值在5～25p之間。當斬波驅動方波信號加在柵極上時，這些電容的充、放電作用即在輸出端呈現瞬變尖峰，對於後面接的放大器而言，即相當於產生了偏移電流。為了抑制瞬變尖峰，通常的做法是增加rc吸收電路，但增加此電路，又會帶來電路響應時間的增加，幅頻特性的惡化，不利於測試交流信號。

由於上述兩種因素的原因，使得斬波後的信號質量差，且影響隔離放大器的精度。

技術實現要素：

本發明為了解決上述技術問題提供一種平衡式差動斬波器電路及基於該斬波器電路的隔離放大器，該斬波器電路輸出的信號質量高，可有效提高隔離放大器的精度。

本發明通過下述技術方案實現：

一種平衡式差動斬波器電路，用於隔離放大器中，包括斬波電路，所述斬波電路的斬波管的接地端上連接有一個與該斬波電路構成差動式結構的差動斬波電路。

發明人在對斬波器電路的研究中發現，要解決上述由於斬波器溫漂和瞬變尖峰所引起的斬波後輸出信號質量差的問題，最有效的方式的利用差動結構來抑制上述影響。採用該結構後，瞬變尖峰是共模的，進入後續的隔離放大器後，將被有效的抑制掉，不需要rc吸收網絡，幅頻特性也能大幅度改善。

作為優選，斬波電路為並聯型斬波電路，所述並聯型斬波電路包括連接在輸入信號端和第一負載連接端之間的第一電阻、連接在第一負載連接端和地端之間的第一斬波管，所述差動斬波電路包括連接在地端和第二負載連接端之間的第二斬波管、連接在第二負載連接端與地端之間的第二電阻，所述第一電阻與第二電阻的阻值相等。

進一步的，所述第一斬波管和第二斬波管均是n溝道場效應管。

作為優選，所述斬波電路為串並聯型斬波電路，所述串並聯型斬波電路包括依次連接在輸入信號端和第一負載連接端之間的第三電阻、第三斬波管、第四電阻和連接在地端和第一負載連接端之間的第四斬波管；所述差動斬波電路包括依次連接在地端和第二負載連接端之間的第五電阻、第五斬波管、第六電阻和連接在地端和第二負載連接端之間第六斬波管，所述第三電阻與第五電阻的阻值相等，所述第四電阻與第六電阻的阻值相等。

一種隔離放大器，包括上述的差動斬波器電路和連接在差動斬波器電路輸出端的隔離放大器，所述隔離放大器為具有差動輸入的交流放大器或者帶中心抽頭的耦合變壓器。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明在現有並聯型斬波電路的斬波管上連接一斬波管電路以與該並聯型斬波電路構成差動式結構，抵消由斬波器溫漂和瞬變尖峰所帶來的影響，斬波後輸出的信號質量高，可有效提高隔離放大器的精度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為現有串聯斬波調製/解調的電路原理圖。

圖2為現有並聯斬波調製/解調的電路原理圖。

圖3為現有串並聯斬波調製/解調的電路原理圖。

圖4現有串聯斬波調製/解調斬波管導通時的等效圖。

圖5現有串聯斬波調製/解調斬波管夾斷時的等效圖。

圖6本實施例2的電路原理圖。

圖7本實施例2的另一種電路原理圖。

圖8是實施例3的電路原理圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖5所示一種平衡式差動斬波器電路，用於隔離放大器中，包括斬波電路，所述斬波電路的斬波管的接地端上連接有一個與該斬波電路構成差動式結構的差動斬波電路。

具體的，仍以n溝道場效應管對本方案的具體實現電路和原理進行說明。需要指出的是，可依據本方案原理實現本目的的斬波管的類型很多，譬如：n溝道場效應管、p溝道場效應管等，本領域的技術人員應該知道的是，採用其他斬波管類型的電路，也在本方案的保護範圍內。

實施例2

並聯型斬波電路採用圖2所示的結構，包括連接在輸入信號端和第一負載連接端之間的第一電阻、連接在第一負載連接端和地端之間的第一斬波管。對應的與並聯型斬波電路構成差動式結構的差動斬波電路採用如圖5所示的結構，包括連接在地端和第二負載連接端之間的第二斬波管、連接在第二負載連接端與地端之間的第二電阻。第一電阻與第二電阻的阻值相等，第一斬波管和第二斬波管採用相同型號或者雙fet管，其igdo具有相同或相似的溫度係數。第二電阻的接地端也可如圖6所示，連接在輸入信號端的陽極上。負載連接在第一負載連接端和第二負載連接端之間，第一斬波管和第二斬波管的柵極同時連接在一控制信號上。

現以該具體電路對本方案可解決溫度漂移和尖峰脈衝的原理進行詳細說明。

採用上述電路結構，輸入直流緩變信號vi經串聯斬波器後產生的交變信號v0可表示為：

由於igdo具有相同或相似的溫度係數、第一電阻與第二電阻的阻值相等，則上述可簡化為：

由此可見，可大大減小深度夾斷時，fet開關管的柵-漏電流igdo所帶來的影響。後面採用具有差動輸入的交流放大器，或者帶中心抽頭的耦合變壓器，igdo的影響可以完全被抑制。由於vo1和vo2上的瞬變尖峰信號是共模的，進入差分交流放大器或者差分方式輸入的變壓器後，將被有效的抑制掉。不需要rc吸收網絡，幅頻特性也能大幅度改善。

實施例3

串並聯型斬波電路採用如圖3所示的結構，包括依次連接在輸入信號端和第一負載連接端之間的第三電阻、第三斬波管、第四電阻和連接在地端和第一負載連接端之間的第四斬波管；對應的與串並聯型斬波電路構成差動式結構的差動斬波電路採用如圖8所示的結構，包括依次連接在地端和第二負載連接端之間的第五電阻、第五斬波管、第六電阻和連接在地端和第二負載連接端之間第六斬波管，所述第三電阻與第五電阻的阻值相等，所述第四電阻與第六電阻的阻值相等。負載連接在第一負載連接端和第二負載連接端之間，第三斬波管和第五斬波管的柵極同時連接在一控制信號上；第四斬波管和第六斬波管的柵極同時連接在一控制信號上。其可解決溫度漂移和尖峰脈衝的原理與實施例2相同。

需要說明的是，串聯斬波電路中，其等效負載rl與斬波管是串聯關係，無法構成差分結構。

實施例4

一種隔離放大器，包括上述實施例中的任一差動斬波器電路和連接在差動斬波器電路輸出端上的隔離放大器，隔離放大器為具有差動輸入的交流放大器或者帶中心抽頭的耦合變壓器。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。