一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路制造技术

本发明专利技术提供了一种磁隔离驱动电路的脉宽调制与解调电路，涉及磁隔离驱动技术，属于电力电子技术领域，主要包括依次相连的脉宽调制电路、隔离变压器和脉宽解调电路，其中，PWM信号脉宽调制电路可在PWM信号进入上升沿时向隔离变压器的原边绕组输出第一脉冲信号，并在PWM信号进入下降沿时向隔离变压器的原边绕组输出第二脉冲信号，其中，第一脉冲信号和第二脉冲信号的方向相反并且宽度相同；隔离变压器将脉宽调制电路输出的信号隔离传输给脉宽解调电路；PWM信号脉宽解调电路将隔离变压器传输过来的第一和第二脉冲信号还原为与输入接口电路输出一致的PWM信号。本发明专利技术电路拓扑简单、易于调试且成本低，具有传输延时短、可靠性高等特点。

A pulse width modulation and demodulation circuit driven by magnetic isolation

The invention provides a pulse width modulation and demodulation circuit of a magnetic isolation drive circuit, which relates to magnetic isolation drive technology and belongs to the field of power electronics technology. The circuit mainly comprises a pulse width modulation circuit connected in sequence, an isolation transformer and a pulse width demodulation circuit, wherein the PWM signal pulse width modulation circuit can be used when the PWM signal enters the rising edge. The first pulse signal is output to the primary winding of the isolation transformer, and the second pulse signal is output to the primary winding of the isolation transformer when the PWM signal enters the descending edge, where the direction of the first pulse signal and the second pulse signal are opposite and the width is the same; the isolation transformer isolates and transmits the signal output from the pulse width modulation circuit. Pulse width demodulation circuit; PWM signal pulse width demodulation circuit isolation transformer transmission of the first and second pulse signal back to the input interface circuit output consistent with the PWM signal. The circuit has the advantages of simple topology, easy debugging, low cost, short transmission delay and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路
本专利技术提供了一种磁隔离驱动电路的脉宽调制与解调电路，涉及磁隔离驱动技术，属于电力电子

技术介绍
随着电力电子技术和半导体技术的飞速发展，电力电子技术不断渗透到各个领域，如新能源、开关电源、FACTS装置、变频器等，而以MOSFET和IGBT为代表的一系列功率开关管已成为电力电子装置中的关键器件。以IGBT为例，由于控制器与主电路之间的电平差异和电磁干扰，要求IGBT的驱动电路必须有隔离功能，其隔离方式也决定着相关IGBT驱动器的隔离电压等级、延时、工作频率、占空比、可靠性等性能。目前常用的IGBT驱动器的隔离方式主要分为光耦隔离、光纤隔离和脉冲变压器隔离等。光耦隔离方式的电路简单、隔离电压等级一般，但是工作频率低、传输延时大且易老化；光纤隔离方式隔离电压等级高，适合远距离传输，但成本较高且传输延时较大；脉冲变压器隔离方式的驱动波形不仅传输延时短，而且不受PWM频率和占空比的限制，可靠性高、电路简单、成本低廉、隔离电压等级高，是一种较为理想的隔离方式，但是需要增加脉宽调制和解调电路。常见的磁隔离驱动电路的脉宽调制和解调原理如说明书附图1所示，PWM信号经过脉宽调制电路将波形调制成正负窄脉冲信号，经过脉冲变压器进行隔离和信号传输后，通过脉宽解调电路还原成原PWM波形。变压器传递的是高频的窄脉冲信号，因此变压器尺寸可以做的很小，并且即使PWM频率很低时，变压器也不会出现饱和的状况。现有的磁隔离驱动电路的脉宽调制与解调方式，电路设计时使用的元器件较多，这样会增加成本以及整体电路的传输延时和损耗，也不易于调试。专利技术内容本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种磁隔离驱动电路的脉宽调制与解调方法，以优化现有技术中电路结构不稳定、传输延时高等相关问题。本专利技术提供了一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路，包括脉宽调制电路、隔离变压器T1和脉宽解调电路，所述脉宽调制电路通过隔离变压器T1与所述脉宽解调电路连接，所述脉宽解调电路具体由NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5构成，所述隔离变压器T1副边绕组的同名端、电阻R1的一端、电阻R5的一端相互连接，所述隔离变压器T1副边绕组的异名端、电阻R2的一端、NPN三极管Q1的发射极均和电源地VC-连接，所述NPN三极管Q1的基极、所述PNP三极管Q2的集电极、电阻R1的另一端、电阻R2的另一端相互连接，所述NPN三极管Q1的集电极、所述PNP三极管Q2的基极、所述PNP三极管Q3的集电极、所述电阻R4的一端相互连接，所述PNP三极管Q3的基极与所述电阻R5的另一端连接，所述PNP三极管Q2的发射极与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的另一端、所述PNP三极管Q3的发射极均与电源VC+相连，所述PNP三极管Q2的发射极与所述电阻R3之间连接有PWM信号输出单元。进一步，该电路还包括第一稳压单元和第二稳压单元，所述第一稳压单元串接在所述隔离变压器T1副边绕组的同名端和电阻R1之间，所述第二稳压单元串接在所述隔离变压器T1副边绕组的同名端和电阻R5之间。进一步，所述第一稳压单元具体由稳压管D1和稳压管D2构成，所述稳压管D1的阳极与所述隔离变压器T1副边绕组的同名端连接，所述稳压管D1的阴极与所述稳压管D2的阴极连接，所述稳压管D2的阳极与所述电阻R1连接。进一步，所述第二稳压单元具体由稳压管D3和二极管D4构成，所述稳压管D3的阳极与所述隔离变压器T1副边绕组的同名端连接，所述稳压管D3的阴极与所述二极管D4的阴极连接，所述二极管D4的阳极与所述电阻R5连接。进一步，所述脉宽调制电路具体由一个P沟道MOSFETV1、一个N沟道MOSFETV2和一个隔直电容C1构成；其中，所述P沟道MOSFETV1的栅极和所述N沟道MOSFETV2的栅极之间通过PWM信号输入单元连接，所述P沟道MOSFETV1的源极与电源VDD相连，所述P沟道MOSFETV1的漏极与所述N沟道MOSFETV2的漏极和所述隔直电容C1相连，所述N沟道MOSFETV2的源极与GND和隔离变压器T1原边绕组的异名端相连，所述隔直电容C1与隔离变压器T1原边绕组的同名端相连。本专利技术相比现有技术具有以下优点：(1)电路拓扑简单，变压器体积小，有源功率器件少，损耗少，易于实现；(2)电路器件简单，成本低，稳定性好，带载能力强；(3)本专利技术的技术方案中的脉冲变压器的尺寸小，抗干扰能力强，电路的传输延迟短，并且可以实现低、高频信号的不同占空比传输，此外还具有易于调试、可靠性高等特点。附图说明图1常见的脉宽调制与解调电路原理图；图2a本专利技术的磁隔离驱动电路中调制电路结构图；图2b本专利技术的磁隔离驱动电路中调制电路原理图；图2c本专利技术的磁隔离驱动电路中调制电路仿真图；图3a本专利技术的磁隔离驱动电路中解调电路结构图；图3b本专利技术的磁隔离驱动电路中解调电路原理图；图3c本专利技术的磁隔离驱动电路中解调电路仿真图。图中：1、NPN三极管Q1；2、PNP三极管Q2；3、PNP三极管Q3；4、电阻R1；5、电阻R2；6、电阻R3；7、电阻R4；8、电阻R5；9、隔离变压器T1；10、稳压管D1；11、稳压管D2；12、稳压管D3；13、二极管D4；14、P沟道MOSFETV1；15、N沟道MOSFETV2；16、隔直电容C1。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。首先对PWM信号脉宽调制电路进行说明，本方案中的脉宽调制电路的作用是将输入接口电路输出的PWM信号的上升沿调制成负向窄脉冲信号，将PWM信号的下降沿调制成正向窄脉冲信号。图2a为本专利技术中的磁隔离驱动电路调制方法结构图，图2b为其原理图。该调制电路主要由一个P沟道增强型MOSFETV114和一个N沟道增强型MOSFETV215组成的推挽电路以及一个隔直电容C116组成。其中，P沟道MOSFETV114的栅极和N沟道MOSFETV215的栅极之间通过PWM信号输入单元连接，P沟道MOSFETV114的源极与电源VDD相连，P沟道MOSFETV114的漏极与N沟道MOSFETV215的漏极和隔直电容C116相连，N沟道MOSFETV215的源极与GND和隔离变压器T19原边绕组的异名端相连，隔直电容C116与隔离变压器T19原边绕组的同名端相连。电路的工作过程为：当输入的PWM信号由高电平转换为低电平时，P沟道MOSFETV114导通，N沟道MOSFETV215截止，隔直电容C116通过P沟道MOSFETV114和隔离变压器T19形成回路开始储能，隔离变压器T19初级绕组两端的电压为正，隔直电容C116充电饱和后，电路中将没有电流流过，整个回路断开，隔离变压器T19的初级绕组两端的电压为0，PWM信号的下降沿因此调制成正向的窄脉冲信号；当PWM信号由低电平转换为高电平时，P沟道MOSFETV114截止，N沟道MOSFETV215导通，隔直电容C116通过N沟道MOSFETV215和隔离变压器T19形成回路开始放电，隔离变压器T1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路，包括脉宽调制电路、隔离变压器T1(9)和脉宽解调电路，所述脉宽调制电路通过隔离变压器T1(9)与所述脉宽解调电路连接，其特征在于，所述脉宽解调电路具体由NPN三极管Q1(1)、PNP三极管Q2(2)、PNP三极管Q3(3)、电阻R1(4)、电阻R2(5)、电阻R3(6)、电阻R4(7)、电阻R5(8)构成，所述隔离变压器T1(9)副边绕组的同名端、电阻R1(4)的一端、电阻R5(8)的一端相互连接，所述隔离变压器T1(9)副边绕组的异名端、电阻R2(5)的一端、NPN三极管Q1(1)的发射极均和电源地VC‑连接，所述NPN三极管Q1(1)的基极、所述PNP三极管Q2(2)的集电极、电阻R1(4)的另一端、电阻R2(5)的另一端相互连接，所述NPN三极管Q1(1)的集电极、所述PNP三极管Q2(2)的基极、所述PNP三极管Q3(3)的集电极、所述电阻R4(7)的一端相互连接，所述PNP三极管Q3(3)的基极与所述电阻R5(8)的另一端连接，所述PNP三极管Q2(2)的发射极与电阻R3(6)的一端连接，所述电阻R3(6)的另一端、所述电阻R4(7)的另一端、所述PNP三极管Q3(3)的发射极均与电源VC+相连，所述PNP三极管Q2(2)的发射极与所述电阻R3(6)之间连接有PWM信号输出单元。...

【技术特征摘要】
1.一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路，包括脉宽调制电路、隔离变压器T1(9)和脉宽解调电路，所述脉宽调制电路通过隔离变压器T1(9)与所述脉宽解调电路连接，其特征在于，所述脉宽解调电路具体由NPN三极管Q1(1)、PNP三极管Q2(2)、PNP三极管Q3(3)、电阻R1(4)、电阻R2(5)、电阻R3(6)、电阻R4(7)、电阻R5(8)构成，所述隔离变压器T1(9)副边绕组的同名端、电阻R1(4)的一端、电阻R5(8)的一端相互连接，所述隔离变压器T1(9)副边绕组的异名端、电阻R2(5)的一端、NPN三极管Q1(1)的发射极均和电源地VC-连接，所述NPN三极管Q1(1)的基极、所述PNP三极管Q2(2)的集电极、电阻R1(4)的另一端、电阻R2(5)的另一端相互连接，所述NPN三极管Q1(1)的集电极、所述PNP三极管Q2(2)的基极、所述PNP三极管Q3(3)的集电极、所述电阻R4(7)的一端相互连接，所述PNP三极管Q3(3)的基极与所述电阻R5(8)的另一端连接，所述PNP三极管Q2(2)的发射极与电阻R3(6)的一端连接，所述电阻R3(6)的另一端、所述电阻R4(7)的另一端、所述PNP三极管Q3(3)的发射极均与电源VC+相连，所述PNP三极管Q2(2)的发射极与所述电阻R3(6)之间连接有PWM信号输出单元。2.根据权利要求1所述的一种磁隔离驱动的脉宽调制与解调电路，其特征在于，该电路还包括第一稳压单元和第二稳压单元，所述第一稳压单元串接在所述隔离变压器T1(9)副边绕组的同名端和电阻R1(4)之间，所述第二稳压单元串接在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏建徽，夏文澜，许路，赖纪东，施永，张健，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34