專利名稱：開關(guān)耦合在線性隔離電路中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是開關(guān)耦合方式在線性隔離電路中的實(shí)用電路。
目前電子技術(shù)領(lǐng)域中，信號(hào)線性隔離技術(shù)已應(yīng)用于儀表、計(jì)算機(jī)接口等領(lǐng)域中。常用的線性隔離方式是將輸入信號(hào)通過斬波處理成調(diào)制交流信號(hào)，經(jīng)變壓器隔離輸出，再進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理，最后還原成最初信號(hào)的形式輸出。由于使用了變壓器作為隔離元件，體積大，使用頻帶窄，不便于電路微形化處理。
本發(fā)明采用開關(guān)耦合的隔離方式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離傳輸。由于采用開關(guān)控制下直接耦合，精度較高，電路簡(jiǎn)單，體積小，隔離效果較好，使用頻帶寬，整個(gè)電路可實(shí)現(xiàn)集成化。其原理見附

圖1所示的原理框圖。圖中1，2，3，4為電子開關(guān)，5為采樣保持器，6為脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器6產(chǎn)生的振蕩信號(hào)從A端輸出，控制電子開關(guān)1，2的開閉動(dòng)作，脈沖發(fā)生器6的反相信號(hào)從B端輸出，控制電子開關(guān)3，4的開閉動(dòng)作。當(dāng)A端為高電平，B端為低電平時(shí)，開關(guān)1，2閉合，采樣保持器5跟隨輸入信號(hào)變化，開關(guān)3，4斷開，即采樣保持器5與輸出端隔離。當(dāng)A端為脈沖下降沿，B端為上升沿時(shí)，采樣保持器5保持此刻的輸入信號(hào)電壓值。當(dāng)A端為低電平、B端為高電平時(shí)，開關(guān)1，2斷開，采樣保持器5與輸入端隔離，開關(guān)3，4閉合，采樣保持器5經(jīng)開關(guān)3，4輸出電壓信號(hào)。當(dāng)A端為脈沖上升沿，B端為下降沿時(shí)，采樣保持器5與輸出端隔離。整個(gè)電路在脈沖發(fā)生器6的控制下，又進(jìn)入下一個(gè)周期的采樣保持和輸出循環(huán)節(jié)，完成對(duì)輸入信號(hào)的隔離傳輸。從上述工作原理可見，本發(fā)明的特征在于電路由電子開關(guān)1、2、3、4，采樣保持器5，脈沖發(fā)生器6所組成在脈沖發(fā)生器6的控制下，采樣保持器5作為中間貯存元件，通過開關(guān)12對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣保持，再由開關(guān)3，4輸出的循環(huán)工作方式，完成信號(hào)的隔離傳輸。
在本發(fā)明方法的輸出端上加一濾波器，濾掉高頻開關(guān)脈沖信號(hào)，得到與輸入信號(hào)相同的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)純時(shí)間滯后輸入信號(hào)，滯后時(shí)間等于脈沖控制信號(hào)的周期時(shí)間，即脈沖頻率越高，時(shí)間滯后越小。為了提高開關(guān)耦合的精度，降低在開關(guān)上的消耗，除了開關(guān)的導(dǎo)通電阻要小外，還要求采樣保持器5具有高的輸入阻抗和低的輸出阻抗，同時(shí)電路的輸出阻抗按高內(nèi)阻要求，后續(xù)電路的輸入阻抗也應(yīng)高些。電路的隔離性能，取決于開關(guān)的特性。耐壓高，開關(guān)速度高，寄生電容小，截止電阻大的低漏電流開關(guān)管的隔離性能好。開關(guān)管的選擇可根據(jù)不同的使用情況選取。在一般的輸入頻率不高的小信號(hào)情況下，可選用CMOS模擬開關(guān)。
本發(fā)明方法具有一定的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。它可以用于計(jì)算機(jī)模入、模出接口的模擬量線性隔離電路;采用耐壓高通過電流大的大功率VMOS管作開關(guān)，采樣保持器選用電容器，對(duì)開關(guān)的脈沖寬度進(jìn)行反饋控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)變壓器降壓隔離電源，在一般儀表中，可以代替斬波器使用。
實(shí)施本發(fā)明方法的例子之一是“開關(guān)耦合線性隔離電路”，以此例說(shuō)明本發(fā)明方法的具體應(yīng)用。附圖2是該實(shí)施例的電路原理圖。
開關(guān)耦合線性隔離電路由脈沖發(fā)生電路、電子開關(guān)、采樣保持電容、濾波電容、輸出阻抗變換器組成。時(shí)基電路IC1和電阻R1、R2，電容C1、C2組成一方波脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生的脈沖控制信號(hào)控制電子開關(guān)集成塊IC2、IC3的動(dòng)作，使輸入信號(hào)Vin通過中間電容采樣保持，再經(jīng)電容C5濾波，運(yùn)算放大器IC4的阻抗變換后輸出Vout，完成對(duì)輸入信號(hào)Vin的線性隔離輸出。與附圖1比較可見，本發(fā)明實(shí)施電路由兩組附圖1中的電子開關(guān)和電容采樣保持器線路組成，由于采用兩組線路交叉工作，可以提高傳輸效率，降低了對(duì)電容采樣保持器和濾波電容器的要求，減小了輸出信號(hào)的畸變量，提高了電路的輸出的精度，同時(shí)降低了整個(gè)電路的成本。
附圖2虛框G中實(shí)線相連接，即兩組線路的同相輸出端相連，即是上述“開關(guān)耦合線性隔離電路”的電路圖，當(dāng)附圖2虛框G中虛線相連接，即兩組線路的反相輸出端相連，同時(shí)取消濾波電容C5，輸出信號(hào)是輸入信號(hào)的調(diào)制信號(hào)。這種方式可代替工業(yè)控制儀表中斬波器直流變流的隔離電路。
本發(fā)明實(shí)施“開關(guān)耦合線性隔離電路”中，IC1為時(shí)基電路555，整個(gè)脈沖發(fā)生電路是555典型振蕩電路，調(diào)節(jié)R1使占空比為50%。由于555時(shí)基電路輸出脈沖信號(hào)的頻率不受電源波動(dòng)的影響，可降低對(duì)電源的要求。電子開關(guān)IC2、IC3為三2選1CMOS模擬開關(guān)CC4053。采樣保持電容C3、C4的大小可據(jù)根據(jù)脈沖頻率高低成反比的關(guān)系選取。濾波電容C5不易過大，否則會(huì)降低整個(gè)電路的精度。運(yùn)放IC4選用JFET輸入低失調(diào)低漂移運(yùn)放LF411。運(yùn)放IC4的工作電源可與后續(xù)電路共用。該電路中時(shí)基電路IC1、電子開關(guān)IC2、IC3的電源電壓取15V，輸入信號(hào)范圍為-7.5V～+7.5V，整個(gè)電路的精度可達(dá)0.1%。
綜上所述可知，開關(guān)耦合方式是模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)物，它具有廣泛的用途和較好的實(shí)用性。由于它不用變壓器隔離，對(duì)實(shí)現(xiàn)電路集成化帶來(lái)了可能。
權(quán)利要求
1.開關(guān)耦合在線性隔離電路中的應(yīng)用方法由電子開關(guān)1、2、3、4，采樣保持器5，脈沖發(fā)生器6組成，參照附圖1。其特征在于脈沖發(fā)生器6產(chǎn)生的脈沖控制信號(hào)控制電子開關(guān)1、2、3、4的動(dòng)作，采樣保持器5作為中間貯存緩沖元件，通過開關(guān)1、2對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣保持，再由開關(guān)3、4輸出的循環(huán)工作方式。
2.開關(guān)耦合線性隔離電路由兩組電子開關(guān)、采樣保持電容以及脈沖發(fā)發(fā)生電路、濾波電容、阻抗變換器組成。在脈沖發(fā)生電路的控制下，兩組電子開關(guān)、采樣保持電容線路實(shí)現(xiàn)交叉工作方式。根據(jù)兩組線路的輸出端的兩種相位上連接方式，可實(shí)現(xiàn)兩種不同的輸出形式，參照附圖2。
全文摘要
本發(fā)明是采用開關(guān)作為隔離元件，利用中間貯存緩沖元件的過渡，實(shí)現(xiàn)線性隔離傳輸。在實(shí)施例中，采用了兩組電子開關(guān)、采樣保持電容線路實(shí)行交叉工作方式，在提高了電路精度的同時(shí)，降低了電路對(duì)元件的要求。根據(jù)兩組線路輸出端的兩種相位上的連接方式，可實(shí)現(xiàn)兩種不同的輸出形式。它在代替變壓器隔離電路工作時(shí)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，精度可達(dá)0.1％，有著廣泛的用途和較好的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H01R13/514GK1037998SQ89102219
公開日1989年12月13日 申請(qǐng)日期1989年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月11日
發(fā)明者華奇平 申請(qǐng)人:華奇平, 華奇兵