一种交直流信号隔离放大电路制造技术

本发明专利技术涉及一种交直流信号隔离放大电路，应用变压器耦合的全新设计结构，能够针对任意波形信号，尤其是幅度不一的多种直流信号，执行隔离放大处理，其中通过变压器输入输出的绝缘设计，实现了高隔离等级的绝缘强度，满足医疗或者工业上的高隔离性要求；并且通过变压器的匝比控制，能够灵活调整针对信号的放大倍数，满足信号的功率放大要求，此外设计最终实现双极性信号的输出，使得结果应用更加灵活，有效提高了信号隔离放大的工作效率；与此同时，本发明专利技术所设计电路为闭环电路，系统可以实时监控输出，安全性高；因此，本发明专利技术设计特别适合于要求高抗扰性和高隔离性的行业和场合。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流信号隔离放大电路
本专利技术涉及一种交直流信号隔离放大电路，属于电子电路

技术介绍
在工业控制领域或者医疗电子领域，对于信号的可靠性和安全性均有较高要求，当工业控制系统收到外界的较强的干扰，如静电，浪涌，电磁辐射，串扰等，可使系统出现预期外的误动作，轻者控制失灵，重则出现安全事故。小信号容易收到干扰，而经过放大的大信号抗干扰性明显增加，并且经过隔离后的信号，因为失去了耦合的电源路径而使可靠性进一步增强。医疗电子设备由于直接或者间接应用于人体，所以对于安全性有着极高的要求，甚至在国家或者行业标准中，直接规定设备的输出信号需要和非安全电压之间要保证足够的绝缘等级，比如生物刺激反馈仪，医用除颤仪等医用治疗设备，都是直接输出功率信号给人体，如果信号没有经过隔离和功率放大，设备出现故障或者受到外界干扰，外界非预期电压输入的时候，系统可能出现异常输出，危害患者和操作者的人身安全。如专利号CN109905023A直流电压隔离转换电路的专利技术专利公开的电路方案中，取样得到的信号经过运算放大器采集、放大，传输至线性光耦输入端，保证隔离放大后的信号和输入的信号值基本相同。该方案主要通过线性光耦器件实现隔离，通过运算放大器进行一级放大。如专利号CN110868167A直流电压隔离放大器的专利技术专利公开的电路方案中，信号经过缓冲模块进行阻抗变换和钳位后，输入电压/电流转换电路变成电流信号，然后进入零磁通隔离模块进行隔离输出，输出的信号经过电流/电压信号转换电路后，重新变成电压信号输出。该方案主要通过零磁通隔离模块进行信号隔离和放大。零磁通隔离模块利用电流互感器原理将输入的信号按比例隔离放大输出。如徐志跃发表在实验技术与管理文献中的文章《隔离放大器及其应用》中所述，目前可以实现信号隔离放大的技术方案有以下几种，变压器耦合、光电耦合和电容耦合，各有优缺点。上述现有技术，基本上是使用线性光耦或者使用零磁通隔离模块的方式进行隔离和放大，显而易见，这种类型的现有技术无法实现功率信号的隔离放大输出，受限于现有半导体模块的体积限制，隔离电压无法做到很高，只适合隔离放大小信号，同时对于输入的信号的波形和幅度有限制和要求，无法实现任意波形信号的输入隔离放大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种交直流信号隔离放大电路，采用全新设计结构，能够针对任意波形信号进行隔离放大处理，不仅实现高隔离等级的绝缘强度，而且能够灵活调整放大倍数，满足信号的功率放大要求，提高信号隔离放大的工作效率。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种交直流信号隔离放大电路，用于针对目标模拟波形信号实现隔离放大，包括嵌入式处理器单元、DA处理单元、调制单元、功率放大单元、解调单元；其中，嵌入式处理器单元的输出端对接DA处理单元的输入端，嵌入式处理器单元的输出端用于输出目标模拟波形信号的数字采样信号，由DA处理单元将数字采样信号转换为模拟信号，并进行输出；同时，嵌入式处理器单元的控制端对接调制单元的输入端，由嵌入式处理器单元向调制单元输出调制信号；功率放大单元的两个输入端分别对接DA处理单元的输出端、调制单元的输出端，功率放大单元在调制单元的调制作用下，针对模拟信号进行隔离与放大处理，获得目标隔离放大信号，并进行输出；功率放大单元的输出端对接解调单元的输入端，由解调单元针对目标隔离放大信号进行解调处理，获得与目标模拟波形信号波形一致的模拟波形结果信号，并进行输出，即完成对目标模拟波形信号的隔离放大。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括输出信号检测单元；所述解调单元的输出端对接输出信号检测单元的输入端，输出信号检测单元的输出端对接所述嵌入式处理器单元的信号反馈端，由输出信号检测单元用于针对模拟波形结果信号进行采样，获得模拟波形结果信号的采样信号，并将采样信号反馈至嵌入式处理器单元，由嵌入式处理器单元根据采样信号针对目标模拟波形信号的数字采样信号、以及发送至调制单元的调制信号进行控制。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述嵌入式处理器单元包括嵌入式处理器U1，以及与嵌入式处理器U1相连接的时钟电路、复位电路；时钟信号包括有源晶振U2和电容C1，其中，有源晶振U2的VDD端与电容C1的其中一端相连，且该相连位置连接供电电压；有源晶振U2的接地端与电容C1的另一端相连，且该相连位置接地；有源晶振U2的O/P端对接嵌入式处理器U1的时钟输入端；复位电路包括电阻R1、电阻R2、电容C2，其中，电阻R1的其中一端接地，电阻R1的另一端对接嵌入式处理器U1的复位端，电容C2的其中一端接地，电容C2的另一端串联电阻R2后连接供电电压，电容C2与电阻R2之间相连位置对接嵌入式处理器U1的异步复位端；嵌入式处理器U1的电源端连接供电电压，嵌入式处理器U1的电源接地端接地；嵌入式处理器U1的任意三个IO端构成嵌入式处理器单元对接DA处理单元的输出端；嵌入式处理器U1的定时器端口构成嵌入式处理器单元对接调制单元的控制端；嵌入式处理器U1的AD输入端口构成嵌入式处理器单元对接输出信号检测单元的信号反馈端。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述DA处理单元包括DA芯片U3、电阻R3、电容C3、电容C4，其中，DA芯片U3的SCLK端、DIN端、SYNC端构成DA处理单元对接嵌入式处理器单元的输入端；DA芯片U3的电源端、电容C3的其中一端、电容C4的其中一端三者相连，且该相连位置连接供电电压；电容C3的另一端、电容C4的另一端彼此相连，并接地；DA芯片U3的接地端接地；DA芯片U3的输出端串联电阻R3后构成DA处理单元的输出端。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述功率放大单元包括变压器T1、P型MOS管Q1、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R4、电阻R5；其中，P型MOS管Q1的源极与电容C8的其中一端相连，且该相连位置连接供电电压；电容C8的另一端接地；P型MOS管Q1的栅极、电容C7的其中一端相连、电阻R5的其中一端三者相连接；电容C7的另一端接地；电阻R5的另一端构成功率放大单元对接DA处理单元的输入端；P型MOS管Q1的漏极对接电阻R4的其中一端，电阻R4的另一端分别对接电容C5的其中一端、电容C6的其中一端、变压器T1其中一侧线圈的中间抽头，且变压器T1该侧线圈的两端、以及中间抽头构成功率放大单元对接调制单元的输入端；电容C5的另一端、电容C6的另一端分别接地；变压器T1另一侧线圈的中间抽头接地；变压器T1另一侧线圈的两端构成功率放大单元的输出端。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述调制单元包括结构相同的两个子调制单元，各子调制单元分别均包括N型MOS管Q2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C9；各子调制单元结构中：电阻R7与电阻R8相互并联，且该并联结构的其中一端对接N型MOS管Q2的源极，该并联结构的另一端接地；N型MOS管Q2的栅极对接电阻R6的其中一端，电阻R6的另一端构成子调制单元的输入端；N型MOS管Q2的漏极构与电容C9的其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流信号隔离放大电路，用于针对目标模拟波形信号实现隔离放大，其特征在于：包括嵌入式处理器单元、DA处理单元、调制单元、功率放大单元、解调单元；/n其中，嵌入式处理器单元的输出端对接DA处理单元的输入端，嵌入式处理器单元的输出端用于输出目标模拟波形信号的数字采样信号，由DA处理单元将数字采样信号转换为模拟信号，并进行输出；同时，嵌入式处理器单元的控制端对接调制单元的输入端，由嵌入式处理器单元向调制单元输出调制信号；/n功率放大单元的两个输入端分别对接DA处理单元的输出端、调制单元的输出端，功率放大单元在调制单元的调制作用下，针对模拟信号进行隔离与放大处理，获得目标隔离放大信号，并进行输出；/n功率放大单元的输出端对接解调单元的输入端，由解调单元针对目标隔离放大信号进行解调处理，获得与目标模拟波形信号波形一致的模拟波形结果信号，并进行输出，即完成对目标模拟波形信号的隔离放大。/n

【技术特征摘要】
1.一种交直流信号隔离放大电路，用于针对目标模拟波形信号实现隔离放大，其特征在于：包括嵌入式处理器单元、DA处理单元、调制单元、功率放大单元、解调单元；
其中，嵌入式处理器单元的输出端对接DA处理单元的输入端，嵌入式处理器单元的输出端用于输出目标模拟波形信号的数字采样信号，由DA处理单元将数字采样信号转换为模拟信号，并进行输出；同时，嵌入式处理器单元的控制端对接调制单元的输入端，由嵌入式处理器单元向调制单元输出调制信号；
功率放大单元的两个输入端分别对接DA处理单元的输出端、调制单元的输出端，功率放大单元在调制单元的调制作用下，针对模拟信号进行隔离与放大处理，获得目标隔离放大信号，并进行输出；
功率放大单元的输出端对接解调单元的输入端，由解调单元针对目标隔离放大信号进行解调处理，获得与目标模拟波形信号波形一致的模拟波形结果信号，并进行输出，即完成对目标模拟波形信号的隔离放大。


2.根据权利要求1所述一种交直流信号隔离放大电路，其特征在于：还包括输出信号检测单元；所述解调单元的输出端对接输出信号检测单元的输入端，输出信号检测单元的输出端对接所述嵌入式处理器单元的信号反馈端，由输出信号检测单元用于针对模拟波形结果信号进行采样，获得模拟波形结果信号的采样信号，并将采样信号反馈至嵌入式处理器单元，由嵌入式处理器单元根据采样信号针对目标模拟波形信号的数字采样信号、以及发送至调制单元的调制信号进行控制。


3.根据权利要求2所述一种交直流信号隔离放大电路，其特征在于：所述嵌入式处理器单元包括嵌入式处理器U1，以及与嵌入式处理器U1相连接的时钟电路、复位电路；时钟信号包括有源晶振U2和电容C1，其中，有源晶振U2的VDD端与电容C1的其中一端相连，且该相连位置连接供电电压；有源晶振U2的接地端与电容C1的另一端相连，且该相连位置接地；有源晶振U2的O/P端对接嵌入式处理器U1的时钟输入端；
复位电路包括电阻R1、电阻R2、电容C2，其中，电阻R1的其中一端接地，电阻R1的另一端对接嵌入式处理器U1的复位端，电容C2的其中一端接地，电容C2的另一端串联电阻R2后连接供电电压，电容C2与电阻R2之间相连位置对接嵌入式处理器U1的异步复位端；
嵌入式处理器U1的电源端连接供电电压，嵌入式处理器U1的电源接地端接地；嵌入式处理器U1的任意三个IO端构成嵌入式处理器单元对接DA处理单元的输出端；嵌入式处理器U1的定时器端口构成嵌入式处理器单元对接调制单元的控制端；嵌入式处理器U1的AD输入端口构成嵌入式处理器单元对接输出信号检测单元的信号反馈端。


4.根据权利要求2所述一种交直流信号隔离放大电路，其特征在于：所述DA处理单元包括DA芯片U3、电阻R3、电容C3、电容C4，其中，DA芯片U3的SCLK端、DIN端、SYNC端构成DA处理单元对接嵌入式处理器单元的输入端；DA芯片U3的电源端、电容C3的其中一端、电容C4的其中一端三者相连，且该相连位置连接供电电压；电容C3的另一端、电容C4的另一端彼此相连，并接地；DA芯片U3的接地端接地；DA芯片U3的输出端串联电阻R3后构成DA处理单元的输出端。


5.根据权利要求2所述一种交直流信号隔离放大电路，其特征在于：所述功率放大单元包括变压器T1、P型MOS管Q1、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R4、电阻R5；
其中，P型MOS管Q1的源极与电容C8的其中一端相连，且该相连位置连接供电电压；电容C8的另一端接地；P型MOS管Q1的栅极、电容C7的其中一端相连、电阻R5的其中一端三者相连接；电容C7的另一端接地；电阻R5的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞嘉，史志怀，张海胜，
申请(专利权)人：南京麦澜德医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32