具有输出回馈的电磁耦合数字输出电路制造技术

本发明专利技术涉及一种以电磁耦合装置来隔离系统侧与输出侧的数字系统数字输出电路。该数字输出电路主要包含系统侧驱动电路、电磁耦合装置、以及输出侧控制电路。电磁耦合装置至少具有系统侧感应元件、输出侧第一感应元件、输出侧第二感应元件。系统侧驱动电路与系统侧感应元件衔接，为接受多字系统的ＯＮ／ＯＦＦ多字控制信号来开启或关闭对系统侧感应元件的驱动。电磁耦合装置的电磁耦合功能将系统侧的驱动能量转换传送到输出侧第一感应元件，提供输出侧控制电路的工作能量。输出侧第二感应元件将输出侧电器状态，通过电磁耦合功能反馈至系统侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字系统，尤其涉及一种数字系统的数字输出电路。
技术介绍
被数字系统控制的外部系统或设备一般多是在大电压下运作，而数字系统本身则多是在一低电压下运作，所以数字系统的数字输出电路，多采用一种隔离设计，将数字输出电路分隔为与数字系统衔接的系统侧、以及与被控制的外部系统或设备连接的输出侧，二者之间以一隔离装置在电气上予以隔离，但系统侧的数字控制信号仍可以通过此隔离装置传递给输出侧。如图1a所示，公知的数字输出电路是以一光耦合器作为隔离装置。系统侧的驱动电路12推动光耦合器10的发光元件(图中的发光二极管11)发出光信号(图中的光电晶体13)接收后，产生一代表ON与OFF状态的高低电字或大小电流，推动输出侧的控制电路14来控制负载16(也即被控制的外部系统或设备)。这种公知的数字输出电路的缺点是，除了数字系统的内部电源15外，输出侧需要额外设置另一内部电源17。此外，输出侧的控制电路通常只能作为控制负载电流的电流源(current source)或电流槽(current sink)二者之一，在感应上的弹性较低。隔离装置其实就是一种能量的转换装置，除了前述采用光耦合器的光电(photovoltaic)转换装置外，其他可能的方式还有转换热能与电能的热电(thermoelectric)转换装置、转换震动与电能的电压(peizoelectic)转换装置，以及采用电磁(electromagnetic)转换装置。最常见的电磁转换装置就是变压器(transformer)，例如美国专利第4052623号、第5138515号、以及第5304863号均有披露采用具有双绕组(一在一次侧、一在二次侧)的变压器，将驱动一功率电晶体的控制信号(施加在变压器的一次侧绕组)加以隔离的设计。由于变压器的电磁转换功能，衔接在变压器二次侧绕组的功率电晶体开关电路因此不需要设置外部电源。图1b是摘自美国专利第4052623号的代表图，其中有关的细节，在此就不再赘述。上述公知的数字输出电路还有一个重大的缺点，就是都属于从系统侧到输出侧的单向转换。由于系统侧与输出侧的隔离，数字系统无法得知输出的状态如何，例如被控制的系统或设备有无正确与完整的依照控制信号动作。而要达到这个目的，必须设置另一组光耦合器、变压器、或其他转换装置的回馈电路，将输出侧的电气状态(如电压、电流的大小、周期、频率、以及输出是断路、短路、或过载等)回馈到系统侧，以供数字系统检知输出侧的状态。此外，数字系统也因此需要增加输入点来与回馈电路衔接。这些都会增加数字电路的配线难度与成本。换言之，目前还没有仅使用单一隔离装置而可以同时达到系统侧与输出侧的隔离、数字控制信号的输出、而又同时提供输出状态回馈检知的数字电路。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是提供一种数字系统的数字输出电路，仅使用单一隔离装置，而可以同时完成系统侧与输出侧的隔离、输出代表开启(ON)与关闭(OFF)的数字控制信号、与输出状态的回馈检知三个功能。本专利技术的另一目的是提供一种数字系统的数字输出电路，其输出侧不需要额外设置电源，其输出侧的控制电路可以很方便的设置为控制负载电流的电流源或电流槽二者之一。为达到上述目的，本专利技术提出一种以电磁耦合装置作为隔离装置的数字输出电路。该一电磁耦合装置具有至少一个系统侧感应元件、以及至少两个输出侧的感应元件。系统侧感应元件会将系统侧的电气信号，通过电磁感应的作用，使输出侧的感应元件产生相对应的电气信号，反之亦然。本数字输出电路包含系统侧驱动电路、隔离系统侧与输出侧的电磁耦合装置、以及输出侧控制电路。系统侧驱动电路与电磁耦合装置的系统侧感应元件衔接，并接受数字系统的ON/OFF控制信号来开启或关闭系统侧感应元件的驱动。电磁耦合装置将系统侧的电气能量信号转换传送到输出侧，提供衔接在输出侧第一感应元件的输出侧控制电路的工作电力能量。输出侧第二感应元件则构成一回馈电路，将输出侧的电气状态通过电磁耦合回馈至系统侧感应元件。系统侧的驱动电路因此可以在其输出的间隔期间，取样系统侧感应元件的电气信号而得知输出侧的电气状态。本专利技术的电磁耦合装置可以具有更多的输出侧感应元件、以及/或是系统侧感应元件，以将其他输出侧的信号回馈至系统侧。本专利技术还可推广应用到采用其他可提供双向能量转换的其他隔离装置，而不以电磁耦合为限。本专利技术的数字输出电路还可以进一步包含一个输出侧保护电路，以提供输出侧回路的过载、短路、过压等保护。输出侧保护电路还具有防止电磁干扰的功能。现结合附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本专利技术的其他目的的优点在后面详细叙述。然而，当可了解附图纯为解说本专利技术的精神而设，不当视为本专利技术范畴的定义，有关本专利技术范畴的定义，清参照所附的权利要求书。附图说明图1a所示为一公知的以光耦合器作为隔离装置的数字输出电路的示意图；图1b所示为一公知的以变压器作为隔离装置的数字输出电路的示意图；图2a所示为本专利技术一第一实施例的示意图；图2b所示为本专利技术一第二实施例的示意图；图2c所示为本专利技术第二实施例的电路图；图3a所示为本专利技术的变压器的一实施例的示意图；图3b所示为本专利技术的变压器的另一实施例的示意图。图中10 光耦合器 11 发光二极管12 系统侧驱动电路 13 光电晶体14 输出侧控制电路 15 内部电源16 负载 17 内部电源20 变压器 21 系统侧绕组22 系统侧驱动电路 23 输出侧第一绕组 24 输出侧控制电路25 内部电源26 负载 27 输出侧第二绕组28 输出侧控制电路29 外部电源200 变压器201 绕组202 铁芯 201 绕组210 变压器211 绕组212 铁芯 213 绕组221 系统侧开关装置223 系统侧开关控制装置241 输出侧开关装置243 输出侧开关控制装置281 输出侧保护开关装置283 电流检知装置I0负载电流具体实施方式本专利技术的最主要特征在于采用一可提供从系统侧到输出侧、以及从输出侧到系统侧的双向能量转换装置来隔离数字输出电路的系统侧与输出侧。按照本专利技术，该一双向能量转换装置至少具有一系统侧感应元件、一输出侧第一感应元件、以及一输出侧第二感应元件。系统侧感应元件将系统侧的电气信号转换传送到输出侧的感应元件，反之输出侧的感应元件也会将输出侧的电气信号转换传送到系统侧。该一单向能量转换的典型例子就是电磁耦合。然而本专利技术的精神与运作原理当可推广运用于其他同样至少具有一系统侧感应元件、一输出侧第二感应元件的双向能量转换装置，而不是以电磁耦合为限。最常见的电磁耦合装置之一即为变压器。为了便于说明且不失一般性，以下的详细说明均以变压器为例来解释本专利技术的精神、特征、与实施方式。然而需要注意的是，本专利技术的电磁耦合装置不以变压器为限，还可应用于电磁耦合以外的能量转换装置。以变压器为能量转换装置时，本专利技术所谓的感应元件即指变压器的绕组(winding)。图2a所示为本专利技术一第一实施例的示意图。如图所时，本实施例的数字输出电路至少包含变压器20、系统侧驱动电路22、以及输出侧控制电路24。隔离系统侧与输出侧的变压器20至少具有三个绕组。这三个绕组分别是字于变压器20一次侧的系统侧绕组21(系统侧感应元件)、以及同字于变压器20二次侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字系统的数字输出电路，位于一数字系统与一负载之间，所述数字输出电路至少包含：一电磁耦合装置，所述电磁耦合装置至少包含一系统侧感应元件、一输出侧第一感应元件、一输出侧第二感应元件，所述系统侧感应元件将其一电气讯号以电磁转换方式于 所述输出侧第一感应元件、所述输出侧第二感应元件感应产生一相应的电气讯号，反之亦然；一系统侧驱动电路，由一内部电源驱动，所述系统侧驱动电路与所述系统侧感应元件并联，并以一时脉讯号、以及所述数字系统输出的一数字控制讯号为输入，所述系统侧 驱动电路具有一回馈端，供所述数字系统取样代表输出侧电气状态的一回馈讯号；以及一输出侧控制电路，与所述输出侧第一感应元件并联，所述输出侧控制电路与所述输出侧第二感应元件、所述负载串联于一外部电源的正负端之间，而构成一负载回路；其中，当 所述数字系统输出一代表ＯＮ的数字控制讯号，所述系统侧驱动电路致使所述内部电源周期的施加于所述系统侧感应元件，所述输出侧第一感应元件因此感应产生的一相应的电气讯号，所述电气讯号驱动所述输出端控制电路，致使所述负载回路导通；当所述数字系统输出一代表ＯＦＦ的数字控制讯号，所述系统侧驱动电路分离所述内部电源与所述系统侧感应元件，所述输出侧第一感应元件因此无法感应产生电气讯号以驱动所述输出端控制电路，致使所述负载回路成为断路；以及，在所述内部电源周期的施加于所述系统侧感应元件的间隔期间，所述负载回路的一电气状态经由所述输出侧第二感应元件，于所述系统侧感应元件感应产生所述回馈讯号，而由所述数字系统通过所述系统侧驱动电路的所述回馈端所取样侦测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王存孝，李易昌，
申请(专利权)人：展嘉科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]