一種緩沖隔離直流電源電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種緩沖隔離電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]作為電子產(chǎn)品的能量源泉，電源質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到一款電子產(chǎn)品的優(yōu)劣，尤其是對(duì)于應(yīng)用在環(huán)境極其復(fù)雜的各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電子產(chǎn)品，對(duì)供電電源有著更高的要求。在面向工業(yè)環(huán)境的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)將不同功能的模塊或線路板進(jìn)行電氣隔離，以減少相互干擾。如果兩個(gè)模塊或線路板的供電電壓幅值不一樣，那么選用帶緩沖隔離功能的DC-DC轉(zhuǎn)換芯片無(wú)疑是最佳解決方案(因?yàn)镈C-DC轉(zhuǎn)芯片要么實(shí)現(xiàn)升壓，要么實(shí)現(xiàn)降壓)。如果兩個(gè)模塊或線路板所需的供電電壓幅值一樣，那么DC-DC轉(zhuǎn)換芯片將會(huì)面臨英雄無(wú)用武之地的窘境。鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種緩沖隔離電源電路，用于供電幅值相同的兩個(gè)功能模塊或線路板之間的電氣隔離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提供供電幅值相同的兩個(gè)功能模塊或線路板之間的電氣隔離技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種緩沖隔離電源電路，主要可用于兩個(gè)供電幅值相同的不同模塊或線路板的電氣隔離。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案:
[0005]—種緩沖隔離直流電源電路，其特殊之處在于:包括依次連接的激勵(lì)信號(hào)輸入單元、輸入信號(hào)緩沖單元、信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧?、?chǔ)能及防反充電路、寬輸入電壓調(diào)節(jié)器以及信號(hào)輸出電路；
[0006]所述激勵(lì)信號(hào)輸入單元用于將兩個(gè)供電電壓幅值相同的模塊之一產(chǎn)生的方波激勵(lì)信號(hào)輸入給信號(hào)隔離變壓器；
[0007]所述輸入信號(hào)緩沖單元對(duì)激勵(lì)方波進(jìn)行緩沖、倒相，得到穩(wěn)定的方波激勵(lì)信號(hào)；
[0008]所述信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧糜趯?duì)穩(wěn)定的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行隔離，得到隔離信號(hào)；
[0009]所述儲(chǔ)能及防反充電路用于在隔離信號(hào)的高電平時(shí)進(jìn)行能量存儲(chǔ)，在隔離信號(hào)的低電平時(shí)一方面為寬輸入電壓調(diào)節(jié)器提供交流信號(hào)，一方面防止儲(chǔ)能元件對(duì)其前端進(jìn)行反向充電；
[0010]所述寬輸入電壓調(diào)節(jié)器用于將交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈闹绷麟妷海?br>[0011 ]所述信號(hào)輸出電路用于將直流信號(hào)輸出以供后續(xù)電路使用。
[0012]上述輸入信號(hào)緩沖單元包括六個(gè)反相器U2A、反相器U2B、反相器U2C、反相器U2D、反相器U2E、反相器U2F，方波激勵(lì)信號(hào)先經(jīng)過(guò)反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F—次倒相緩沖后經(jīng)過(guò)反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C 二次倒相緩沖后輸出給信號(hào)隔離變壓器。
[0013]上述信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧娙軨l和隔離變壓器Tl，所述反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F輸出端經(jīng)過(guò)電容Cl與隔離變壓器Tl初級(jí)線圈的一端連接，所述反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C的輸出端與隔離變壓器Tl初級(jí)線圈的另一端連接，
[0014]所述隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的一端接VSS，所述隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的另一端與儲(chǔ)能及防反充電路連接。
[0015]上述儲(chǔ)能及防反充電路包括二極管D1、極性電容C4和無(wú)極性電容C2，所述二極管Dl的一端與隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的另一端連接，所述二極管Dl的另一端與極性電容C4的正極連接，所述極性電容C4的負(fù)極與寬輸入電壓調(diào)節(jié)器的輸入端接連，所述極性電容C4的負(fù)極接VSS，所述電容C4的負(fù)極與無(wú)極性電容C2的一端連接，所述無(wú)極性電容C2另一端與寬輸入電壓調(diào)節(jié)器的輸入端接連。
[0016]上述寬輸入電壓調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)器Ul。
[0017]上述信號(hào)輸出電路包括極性電容C3、無(wú)極性電容CDI和無(wú)極性電容CD2，所述極性電容C3的正極、無(wú)極性電容⑶I的一端和無(wú)極性電容⑶2的一端均與電壓調(diào)節(jié)器Ul連接，同時(shí)與VDD連接，所述極性電容C3的負(fù)極、無(wú)極性電容CD I的另一端和無(wú)極性電容CD2的另一端均接VSS。
[0018]上述電壓調(diào)節(jié)器Ul為MAX666。
[0019]本實(shí)用新型所具有優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本實(shí)用新型通過(guò)采用二級(jí)倒相，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的緩沖放大。
[0021]2、本實(shí)用新型采用1:1隔離變壓器實(shí)現(xiàn)真正意義上的電氣隔離；隔離變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的信號(hào)在電氣上是完全隔離的，即兩側(cè)信號(hào)僅通過(guò)交變磁場(chǎng)耦合，不存在任何的電氣連接。
[0022]3、本實(shí)用新型采用寬電壓輸入的電壓調(diào)節(jié)器及電容儲(chǔ)能技術(shù)，使得電壓輸出穩(wěn)定可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]該電路主要由圖1所示激勵(lì)信號(hào)輸入單元、輸入信號(hào)緩沖單元、信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧?、?chǔ)能及防反充電路、寬輸入電壓調(diào)節(jié)器以及信號(hào)輸出電路組成;其中激勵(lì)信號(hào)輸入單元為模塊I (在此以?xún)蓚€(gè)供電電壓幅值均為5V的模塊I和模塊2的電氣隔離為例來(lái)加以說(shuō)明)在其5V電源的作用下產(chǎn)生的一定頻率的方波，用于激勵(lì)后續(xù)模塊;輸入信號(hào)緩沖單元?jiǎng)t起到對(duì)模塊I所產(chǎn)生的方波進(jìn)行緩沖、倒相，使其穩(wěn)定的作用；信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧鸬秸嬲饬x上的電氣隔離作用；儲(chǔ)能及防反充電路在輸入信號(hào)的高電平期間進(jìn)行能量存儲(chǔ)，在輸入信號(hào)的低電平期間一方面為后續(xù)電路供電，一方面防止儲(chǔ)能元件對(duì)其前端進(jìn)行反向充電；寬輸入電壓調(diào)節(jié)器主要用于將儲(chǔ)能元件上波動(dòng)較大的電壓信號(hào)調(diào)節(jié)成較為穩(wěn)定、紋波較小的直流電壓;信號(hào)輸出電路則將穩(wěn)定的直流信號(hào)輸出，以供后續(xù)電路使用。
[0026]本實(shí)用新型的電路原理圖如附圖2所示。具體工作過(guò)程如下所述:
[0027]一、輸入信號(hào)緩沖單元。如附圖2所示，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為INPUT的輸入端是在模塊I的5V電源驅(qū)動(dòng)下所產(chǎn)生的一定頻率幅值為5V的方波。4049為一款6反相緩沖器，輸入的方波信號(hào)經(jīng)D、E、F三個(gè)反相器一次倒相緩沖和經(jīng)過(guò)A、B、C三個(gè)反相器二次倒相緩沖后分別作用于隔離變壓器的初級(jí)線圈兩端，使得在隔離變壓器Tl的初級(jí)線圈連兩端的信號(hào)是穩(wěn)定的且幅值為1V的方波信號(hào)。
[0028]二、信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧?。隔離變壓器Tl的初級(jí)線圈兩端所加信號(hào)是幅值為1V的方波，由隔離變壓器的工作原理可知:在隔離變壓器的次級(jí)線圈兩端也會(huì)映射出幅值為1V的同頻方波信號(hào)。但變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的信號(hào)在電氣上是完全隔離的，即兩側(cè)信號(hào)僅通過(guò)交變磁場(chǎng)耦合，不存在任何的電氣連接。
[0029]三、儲(chǔ)能及防反充電路。在信號(hào)的高電平期間，隔離變壓器的次級(jí)線圈經(jīng)由二極管DI向極性電容C4和無(wú)極性電容C2充電，同時(shí)還給電壓調(diào)節(jié)器UI供電；在信號(hào)的低電平期間，二極管Dl無(wú)法導(dǎo)通，變壓器次級(jí)線圈也無(wú)法對(duì)電壓調(diào)節(jié)器Ul供電，此時(shí)極性電容C4則對(duì)外放電，向電壓調(diào)節(jié)器提供電源。由于在極性電容C4對(duì)外放電期間，二極管Dl反向截止，所以可以防止極性電容C4向隔離變壓器Tl的次級(jí)線圈反向充電。只要方波INPUT的頻率、極性電容C4的容值以及電壓調(diào)節(jié)器Ul的輸入電壓范圍匹配的較好，那么就可確保電壓調(diào)節(jié)器能正常工作，得到穩(wěn)定輸出。
[0030]四、寬輸入電壓調(diào)節(jié)器。由于隔離變壓器次級(jí)線圈上的信號(hào)為交流信號(hào)，而我們所需要的是直流電壓信號(hào)，考慮到成本因素，本實(shí)用新型并未采用AC-DC芯片，而是采用了電壓調(diào)節(jié)器UI。該器件的輸入電壓范圍為2V-16.5 V，輸出為直流5 V。在本實(shí)用新型中選取適當(dāng)頻率的方波INPUT和適當(dāng)容值的極性電容C4，使得電壓調(diào)節(jié)器的輸入端電壓在7.5 V至1 V之間波動(dòng)。那么電壓調(diào)節(jié)器Ul便可正常工作，輸出穩(wěn)定的5V直流電壓。正是方波INPUT的頻率、極性電容C4的容值以及電壓調(diào)節(jié)器輸入電壓的精確匹配，才巧妙地實(shí)現(xiàn)了交流到直流的轉(zhuǎn)換。
[0031 ] 五、信號(hào)輸出電路。電壓調(diào)節(jié)器Ul的輸出再經(jīng)由進(jìn)行電容C3和無(wú)極性電容⑶1、⑶2的緩沖和濾波后即可產(chǎn)生更為穩(wěn)定的5V電源，以向后續(xù)電路提供精確穩(wěn)定的電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:包括依次連接的激勵(lì)信號(hào)輸入單元、輸入信號(hào)緩沖單元、信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧?、?chǔ)能及防反充電路、寬輸入電壓調(diào)節(jié)器以及信號(hào)輸出電路； 所述激勵(lì)信號(hào)輸入單元用于將兩個(gè)供電電壓幅值相同的模塊之一產(chǎn)生的方波激勵(lì)信號(hào)輸入給信號(hào)隔離變壓器； 所述輸入信號(hào)緩沖單元對(duì)激勵(lì)方波進(jìn)行緩沖、倒相，得到穩(wěn)定的方波激勵(lì)信號(hào)； 所述信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧糜趯?duì)穩(wěn)定的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行隔離，得到隔離信號(hào)； 所述儲(chǔ)能及防反充電路用于在隔離信號(hào)的高電平時(shí)進(jìn)行能量存儲(chǔ)，在隔離信號(hào)的低電平時(shí)一方面為寬輸入電壓調(diào)節(jié)器提供交流信號(hào)，一方面防止儲(chǔ)能元件對(duì)其前端進(jìn)行反向充電； 所述寬輸入電壓調(diào)節(jié)器用于將交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈闹绷麟妷海?所述信號(hào)輸出電路用于將直流信號(hào)輸出以供后續(xù)電路使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述輸入信號(hào)緩沖單元包括六個(gè)反相器U2A、反相器U2B、反相器U2C、反相器U2D、反相器U2E、反相器U2F，方波激勵(lì)信號(hào)先經(jīng)過(guò)反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F—次倒相緩沖后經(jīng)過(guò)反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C 二次倒相緩沖后輸出給信號(hào)隔離變壓器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述信號(hào)隔離變壓?jiǎn)卧娙軨l和隔離變壓器Tl，所述反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F輸出端經(jīng)過(guò)電容Cl與隔離變壓器Tl初級(jí)線圈的一端連接，所述反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C的輸出端與隔離變壓器Tl初級(jí)線圈的另一端連接， 所述隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的一端接VSS，所述隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的另一端與儲(chǔ)能及防反充電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述儲(chǔ)能及防反充電路包括二極管D1、極性電容C4和無(wú)極性電容C2，所述二極管Dl的一端與隔離變壓器Tl次級(jí)線圈的另一端連接，所述二極管Dl的另一端與極性電容C4的正極連接，所述極性電容C4的負(fù)極與寬輸入電壓調(diào)節(jié)器的輸入端接連，所述極性電容C4的負(fù)極接VSS，所述電容C4的負(fù)極與無(wú)極性電容C2的一端連接，所述無(wú)極性電容C2另一端與寬輸入電壓調(diào)節(jié)器的輸入端接連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述寬輸入電壓調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)器Ul。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述信號(hào)輸出電路包括極性電容C3、無(wú)極性電容CD I和無(wú)極性電容CD2，所述極性電容C3的正極、無(wú)極性電容CD I的一端和無(wú)極性電容CD2的一端均與電壓調(diào)節(jié)器Ul連接，同時(shí)與VDD連接，所述極性電容C3的負(fù)極、無(wú)極性電容CDl的另一端和無(wú)極性電容CD2的另一端均接VSS。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的緩沖隔離直流電源電路，其特征在于:所述電壓調(diào)節(jié)器Ul為MAX666o
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種緩沖隔離電源電路，可用于相互連接的兩個(gè)不同功能的電路板之間的電氣隔離。該電路采用緩沖隔離技術(shù)，在輸入端和輸出端分別采用專(zhuān)用緩沖器和電容對(duì)輸入、輸出進(jìn)行緩沖，以確保輸入輸出的穩(wěn)定。在二級(jí)輸入和一級(jí)輸出之間還采用變壓器對(duì)其進(jìn)行電氣隔離，降低了相互干擾和對(duì)噪聲的敏感度。與專(zhuān)用DC-DC隔離轉(zhuǎn)換集成電路比較而言，本實(shí)用新型具有性?xún)r(jià)比高、開(kāi)關(guān)噪聲小、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠地驅(qū)動(dòng)能量。
【IPC分類(lèi)】H02M1/32, H02M3/24, H02M1/14
【公開(kāi)號(hào)】CN205249050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520921914
【發(fā)明人】白偉, 張春生, 黃建明, 張明達(dá), 雷曉娟
【申請(qǐng)人】西安航天計(jì)量測(cè)試研究所
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日