專利名稱：一種電源及脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源及脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，屬于剛管調(diào)制器信號(hào)隔離傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在浮動(dòng)剛管調(diào)制器中，為保證剛性調(diào)制管的正常工作，通常需要提供隔離的初始電源和調(diào)制管的同步脈沖，經(jīng)典的方法是采用超高壓?jiǎn)舞F芯隔離變壓器傳輸電源，同時(shí)，采用根據(jù)同步脈沖的寬窄可分別選用光纖或隔離變壓器傳送同步脈沖。經(jīng)典的傳輸方法存在的問題超高壓?jiǎn)涡靖綦x變壓器通常顯得較為笨重，體積較 大，而且隔離變壓器的初次級(jí)間的分布電容較大，在剛管調(diào)制器中，該分布電容對(duì)調(diào)制輸出的前后沿帶來很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明提供了一種電源及脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，該方法能減小隔離變壓器的初次級(jí)間的分布電容。一種電源的高隔離傳輸方法，其具體實(shí)現(xiàn)為初始供電電源轉(zhuǎn)換為高頻方波，輸入米用中間多IiE模式的雙芯變壓器的輸入端，經(jīng)雙芯變壓器傳輸后，輸出電源信號(hào)；所述雙芯變壓器鐵芯的尺寸由絕緣電壓和電源功率決定；所述高頻方波的頻率為IOOkHz ；所述雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端；所述雙芯變壓器參數(shù)的選擇過程如下步驟一、根據(jù)要傳輸?shù)碾娫垂β?，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸；步驟二、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ；步驟三、根據(jù)步驟一確定的最小鐵芯尺寸和步驟二中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào)；步驟四、根據(jù)步驟三中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)；步驟五、根據(jù)步驟一確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟四中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣電壓的要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ；步驟六、若步驟五中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟二確定的S1，則完成雙芯變壓器Tl的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟一，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足隔離傳輸?shù)囊?。一種脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，其具體實(shí)現(xiàn)為初始脈沖信號(hào)經(jīng)過低端信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)輸入采用中間單匝模式的雙芯變壓器的輸入端，經(jīng)雙芯變壓器傳輸后，輸出脈沖信號(hào)；所述雙芯變壓器鐵芯的尺寸由絕緣電壓、電源功率決定；所述的經(jīng)過低端信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)的電壓幅值為15V、脈沖寬度為0. 3微秒；所述雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)均為I膽，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端； 所述雙芯變壓器參數(shù)的選擇過程如下步驟一、根據(jù)加至雙芯變壓器繞組I的信號(hào)的電壓幅值、脈沖寬度和要求的隔離工作電壓，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸；步驟二、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ；步驟三、根據(jù)步驟一確定的最小鐵芯尺寸和步驟二中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào)；步驟四、根據(jù)步驟四中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)；步驟五、根據(jù)步驟一確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟五中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣電壓的要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ；步驟六、若步驟五中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟三確定的S1，則完成雙芯變壓器的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟一，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足脈沖信號(hào)的隔離傳輸要求。有益效果將初始供電電源轉(zhuǎn)換為高頻方波或利用低端信號(hào)調(diào)理電路對(duì)初始脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，能有效減小隔離變壓器的體積；與傳統(tǒng)傳輸方法相比，本發(fā)明有效減小了傳輸單元的體積和重量，降低了初次級(jí)間的分布電容，從而極大地改善了傳輸單元對(duì)剛性調(diào)制器輸出波形的影響。


圖I (a)為電源隔離傳輸時(shí)雙芯變壓器的架構(gòu)不意圖；圖I (b)為脈沖隔離傳輸時(shí)雙芯變壓器的架構(gòu)不意圖；圖2為電源傳輸?shù)某跫?jí)繞組波形圖；圖3為脈沖信號(hào)傳輸?shù)某跫?jí)繞組波形圖；圖4為低端信號(hào)調(diào)理電路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種電源及脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，該方法能減小傳輸單元的體積和重量，減小隔離變壓器的初次級(jí)間的分布電容。下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。一種電源的高隔離傳輸方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
如附圖I (a)所示，電源傳輸由采用中間多匝模式的雙芯變壓器Tl完成；所述的雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相同，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端。步驟一、初始供電電源轉(zhuǎn)換為高頻方波當(dāng)初始供電電源為交流電源時(shí)，采用交-直-交(AC-DC-AC)變換技術(shù)；當(dāng)初始供電電源為直流電源時(shí)，采用直流-交流(DC-AC)變換技術(shù)。DC-AC變換采用自激推挽方式拓?fù)洌瑢⒅绷麟娫醋儞Q為頻率為IOOkHz的高頻方波，圖2給出了加至雙芯變壓器Tl繞組I的聞?lì)l方波波形不意圖。本發(fā)明優(yōu)選例中，設(shè)定的隔離工作電壓為40kV ;電源的傳輸功率為200W，則變換后加至雙芯變壓器Tl繞組I的高頻方波的電壓為VP_P=200V，高頻方波的頻率為F=IOOkHz ； 步驟二、根據(jù)要傳輸?shù)碾娫垂β?，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸；考慮到電源的傳輸功率為200W，繞組I和繞組4選用電流密度為4A/mm2的普通高頻導(dǎo)線繞制，繞組2和繞組3根據(jù)所要滿足的隔離工作電壓的要求，選用電流密度為6A/mm2的高壓導(dǎo)線繞制，選擇用AGG-40-0. 75mm2型高壓線；步驟三、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ；步驟四、根據(jù)步驟二確定的最小鐵芯尺寸和步驟三中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào)；雙芯變壓器Tl的兩個(gè)鐵芯均選用T35X25X 13型鐵氧體磁環(huán)；步驟五、根據(jù)步驟四中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)為24匝，繞組2和繞組3的導(dǎo)線匝數(shù)為12匝；步驟六、根據(jù)步驟二確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟五中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ；步驟七、若步驟六中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟三確定的S1，則完成雙芯變壓器Tl的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟二，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足隔離傳輸?shù)囊?。由于S2W1，此芯變壓器Tl的設(shè)計(jì)完成。若選用傳統(tǒng)單芯變壓器在滿足40kV隔離工作電壓的條件下，傳輸功率為200W、頻率為F=IOOkHz的高頻方波時(shí)，至少需選用型號(hào)為T50X32X 15的鐵芯，與本發(fā)明選用的型號(hào)為T35X25X 13的鐵氧體磁環(huán)相比，采用本發(fā)明發(fā)明能有效減小變壓器的體積。一種脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下如附圖I (b)所示，脈沖信號(hào)傳輸由采用中間單匝模式的雙芯變壓器T2完成；所述的雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)均為I匝，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端。步驟一、初始脈沖信號(hào)經(jīng)過如圖4所示的低端信號(hào)調(diào)理電路，即通過前后沿分離及放大電路，產(chǎn)生電壓幅值為15V、脈沖寬度為0. 3微秒的脈沖波形(如圖3所示)，加至雙芯變壓器T2的繞組I。步驟二、根據(jù)加至雙芯變壓器T2繞組I的脈沖信號(hào)的電壓幅值、脈沖寬度和要求的隔離工作電壓，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸；考慮到加至雙芯變壓器T2繞組I的脈沖信號(hào)的電壓幅值為15V、脈沖寬度為0. 3微秒，繞組I和繞組4均選用QZ2-0. 4mm漆包圓銅線；繞組2和繞組3根據(jù)所要滿足的隔離工作電壓的要求，選用同等耐壓的高壓導(dǎo)線繞制，本實(shí)施例中要求隔離工作電壓為40kV，因此，繞組2和繞組3均選擇用AGG-40-0. 2mm2型高壓線；步驟三、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ；步驟四、根據(jù)步驟二確定的最小鐵芯尺寸和步驟三中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào)；
雙芯變壓器T2的兩個(gè)鐵芯均選用T22 X 14 X 8型鐵氧體磁環(huán)；步驟五、根據(jù)步驟四中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)均為6膽，繞組2和繞組3的導(dǎo)線匝數(shù)均為I匝；步驟六、根據(jù)步驟二確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟五中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ；步驟七、若步驟六中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟三確定的S1，則完成雙芯變壓器T2的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟二，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足脈沖信號(hào)的隔離傳輸要求。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的一種較佳實(shí)例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電源的高隔離傳輸方法，其特征在于初始供電電源轉(zhuǎn)換為高頻方波，輸入采用中間多阻模式的雙芯變壓器的輸入端，經(jīng)雙芯變壓器傳輸后，輸出電源信號(hào)； 所述雙芯變壓器鐵芯的尺寸由絕緣電壓和電源功率決定； 所述雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端。
2.如權(quán)利要求I所述的一種電源的高隔離傳輸方法，其特征在于所述雙芯變壓器參數(shù)的選擇過程如下 步驟一、根據(jù)要傳輸?shù)碾娫垂β?，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸； 步驟二、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ； 步驟三、根據(jù)步驟一確定的最小鐵芯尺寸和步驟二中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào); 步驟四、根據(jù)步驟三中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)； 步驟五、根據(jù)步驟一確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟四中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣電壓的要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ; 步驟六、若步驟五中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟二確定的S1，則完成雙芯變壓器Tl的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟一，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足隔離傳輸?shù)囊蟆?br> 3.如權(quán)利要求I所述的一種電源的高隔離傳輸方法，其特征在于所述高頻方波的頻率為 IOOkHz。
4.一種脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，其特征在于初始脈沖信號(hào)經(jīng)過低端信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)輸入采用中間單匝模式的雙芯變壓器的輸入端，經(jīng)雙芯變壓器傳輸后，輸出脈沖信號(hào)； 所述雙芯變壓器鐵芯的尺寸由絕緣電壓、電源功率決定； 所述雙芯變壓器由4個(gè)繞組組成，繞組I和繞組2共用一個(gè)鐵芯，繞組3和繞組4共用一個(gè)鐵芯，繞組I和繞組4由相同的普通導(dǎo)線繞制且匝數(shù)相等，繞組2和繞組3由同一根高壓導(dǎo)線繞制且匝數(shù)均為I膽，繞組2和繞組3構(gòu)成閉合回路；繞組I和繞組4的導(dǎo)線匝數(shù)由雙芯變壓器鐵芯的尺寸決定；繞組I為雙芯變壓器的輸入端，繞組4為雙芯變壓器的輸出端。
5.如權(quán)利要求4所述的一種脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法,其特征在于所述雙芯變壓器參數(shù)的選擇過程如下 步驟一、根據(jù)加至雙芯變壓器繞組I的信號(hào)的電壓幅值、脈沖寬度和要求的隔離工作電壓，確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸； 步驟二、根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1 ； 步驟三、根據(jù)步驟一確定的最小鐵芯尺寸和步驟二中確定的窗口面積S1選取鐵芯型號(hào); 步驟四、根據(jù)步驟四中選取的鐵芯，計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)； 步驟五、根據(jù)步驟一確定的導(dǎo)線型號(hào)、步驟五中確定的導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣電壓的要求的面積，確定鐵芯的窗口面積S2 ; 步驟六、若步驟五中確定的鐵芯窗口面積S2不小于步驟三確定的S1，則完成雙芯變壓器的設(shè)計(jì)；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟一，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足脈沖 信號(hào)的隔離傳輸要求。
6.如權(quán)利要求4所述的一種脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，其特征在于所述的經(jīng)過低端信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)的電壓幅值為15V、脈沖寬度為O. 3微秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電源及脈沖信號(hào)的高隔離傳輸方法，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。初始電源和初始脈沖信號(hào)經(jīng)過處理后，得到符合要求的信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)參數(shù)確定繞制繞組的導(dǎo)線型號(hào)和最小的鐵芯尺寸；根據(jù)絕緣電壓的要求，確定鐵芯的窗口面積S1；結(jié)合最小鐵芯尺寸和窗口面積S1選取鐵芯型號(hào)，并計(jì)算各繞組的導(dǎo)線匝數(shù)；根據(jù)導(dǎo)線型號(hào)、導(dǎo)線匝數(shù)和絕緣要求，計(jì)算得到鐵芯的窗口面積S2；若S2>S1，則雙芯變壓器可以實(shí)現(xiàn)電源或脈沖信號(hào)的高隔離傳輸；否則，重新選擇鐵芯的最小尺寸，直至選取的鐵芯能滿足隔離傳輸?shù)囊蟆Ｔ摲椒ú捎秒p芯變壓器進(jìn)行電源及秒沖信號(hào)的傳輸，能減小變壓器的初次級(jí)間的分布電容。
文檔編號(hào)H02M5/10GK102969904SQ20121043378
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者蔣洪衛(wèi), 沙亮, 張彥 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所