平衡式差动斩波器电路及基于该斩波器电路的隔离放大器的制作方法

本发明涉及斩波电路领域，具体涉及一种平衡式差动斩波器电路及基于该斩波器电路的隔离放大器。

背景技术：

现有的斩波调制解调方式的变压器隔离放大器，基本都采用采用n沟道fet开关管来做斩波器件。如图1至图3所示，其斩波调制/解调分别采用的方式有：串联斩波，并联斩波，串并联斩波。采用这些方式的斩波，存在着两方面的不利因素，影响斩波调制/解调的指标。

其一，被深度夹断时，fet开关管的栅-漏电流igdo。fet开关管的栅极和沟道之间相当于反偏的pn结二极管，所以，即便有足够大的负栅压深度夹断时，栅-漏和栅-源极之间仍然存在反偏漏电流。栅-漏电流igdo在斩波/解调负载rl上产生的电压降等于igdorl。当rl值足够大时，这个值可能是比较大的。igdo还近似于温度呈现指数关系，是引起斩波器温漂的主要原因。以目前用得比较多的串联斩波为例,分析一下栅-漏电流igdo和瞬变尖峰对输出斩波信号的影响，其余电路类似。串联斩波fet开关管导通和夹断时，其等效电路分别如图4和图5所示。fet开关管导通时，负载电压vo1为：fet开关管夹断时，负载电压vo2为：vo2＝igdorl。则输入直流缓变信号vi经串联斩波器后产生的交变信号v0的关系为：

其二，瞬变尖峰。n沟道fet开关管都存在着比较大的栅沟道结电容，其数值在5～25p之间。当斩波驱动方波信号加在栅极上时，这些电容的充、放电作用即在输出端呈现瞬变尖峰，对于后面接的放大器而言，即相当于产生了偏移电流。为了抑制瞬变尖峰，通常的做法是增加rc吸收电路，但增加此电路，又会带来电路响应时间的增加，幅频特性的恶化，不利于测试交流信号。

由于上述两种因素的原因，使得斩波后的信号质量差，且影响隔离放大器的精度。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种平衡式差动斩波器电路及基于该斩波器电路的隔离放大器，该斩波器电路输出的信号质量高，可有效提高隔离放大器的精度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种平衡式差动斩波器电路，用于隔离放大器中，包括斩波电路，所述斩波电路的斩波管的接地端上连接有一个与该斩波电路构成差动式结构的差动斩波电路。

发明人在对斩波器电路的研究中发现，要解决上述由于斩波器温漂和瞬变尖峰所引起的斩波后输出信号质量差的问题，最有效的方式的利用差动结构来抑制上述影响。采用该结构后，瞬变尖峰是共模的，进入后续的隔离放大器后，将被有效的抑制掉，不需要rc吸收网络，幅频特性也能大幅度改善。

作为优选，斩波电路为并联型斩波电路，所述并联型斩波电路包括连接在输入信号端和第一负载连接端之间的第一电阻、连接在第一负载连接端和地端之间的第一斩波管，所述差动斩波电路包括连接在地端和第二负载连接端之间的第二斩波管、连接在第二负载连接端与地端之间的第二电阻，所述第一电阻与第二电阻的阻值相等。

进一步的，所述第一斩波管和第二斩波管均是n沟道场效应管。

作为优选，所述斩波电路为串并联型斩波电路，所述串并联型斩波电路包括依次连接在输入信号端和第一负载连接端之间的第三电阻、第三斩波管、第四电阻和连接在地端和第一负载连接端之间的第四斩波管；所述差动斩波电路包括依次连接在地端和第二负载连接端之间的第五电阻、第五斩波管、第六电阻和连接在地端和第二负载连接端之间第六斩波管，所述第三电阻与第五电阻的阻值相等，所述第四电阻与第六电阻的阻值相等。

一种隔离放大器，包括上述的差动斩波器电路和连接在差动斩波器电路输出端的隔离放大器，所述隔离放大器为具有差动输入的交流放大器或者带中心抽头的耦合变压器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明在现有并联型斩波电路的斩波管上连接一斩波管电路以与该并联型斩波电路构成差动式结构，抵消由斩波器温漂和瞬变尖峰所带来的影响，斩波后输出的信号质量高，可有效提高隔离放大器的精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有串联斩波调制/解调的电路原理图。

图2为现有并联斩波调制/解调的电路原理图。

图3为现有串并联斩波调制/解调的电路原理图。

图4现有串联斩波调制/解调斩波管导通时的等效图。

图5现有串联斩波调制/解调斩波管夹断时的等效图。

图6本实施例2的电路原理图。

图7本实施例2的另一种电路原理图。

图8是实施例3的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图5所示一种平衡式差动斩波器电路，用于隔离放大器中，包括斩波电路，所述斩波电路的斩波管的接地端上连接有一个与该斩波电路构成差动式结构的差动斩波电路。

具体的，仍以n沟道场效应管对本方案的具体实现电路和原理进行说明。需要指出的是，可依据本方案原理实现本目的的斩波管的类型很多，譬如：n沟道场效应管、p沟道场效应管等，本领域的技术人员应该知道的是，采用其他斩波管类型的电路，也在本方案的保护范围内。

实施例2

并联型斩波电路采用图2所示的结构，包括连接在输入信号端和第一负载连接端之间的第一电阻、连接在第一负载连接端和地端之间的第一斩波管。对应的与并联型斩波电路构成差动式结构的差动斩波电路采用如图5所示的结构，包括连接在地端和第二负载连接端之间的第二斩波管、连接在第二负载连接端与地端之间的第二电阻。第一电阻与第二电阻的阻值相等，第一斩波管和第二斩波管采用相同型号或者双fet管，其igdo具有相同或相似的温度系数。第二电阻的接地端也可如图6所示，连接在输入信号端的阳极上。负载连接在第一负载连接端和第二负载连接端之间，第一斩波管和第二斩波管的栅极同时连接在一控制信号上。

现以该具体电路对本方案可解决温度漂移和尖峰脉冲的原理进行详细说明。

采用上述电路结构，输入直流缓变信号vi经串联斩波器后产生的交变信号v0可表示为：

由于igdo具有相同或相似的温度系数、第一电阻与第二电阻的阻值相等，则上述可简化为：

由此可见，可大大减小深度夹断时，fet开关管的栅-漏电流igdo所带来的影响。后面采用具有差动输入的交流放大器，或者带中心抽头的耦合变压器，igdo的影响可以完全被抑制。由于vo1和vo2上的瞬变尖峰信号是共模的，进入差分交流放大器或者差分方式输入的变压器后，将被有效的抑制掉。不需要rc吸收网络，幅频特性也能大幅度改善。

实施例3

串并联型斩波电路采用如图3所示的结构，包括依次连接在输入信号端和第一负载连接端之间的第三电阻、第三斩波管、第四电阻和连接在地端和第一负载连接端之间的第四斩波管；对应的与串并联型斩波电路构成差动式结构的差动斩波电路采用如图8所示的结构，包括依次连接在地端和第二负载连接端之间的第五电阻、第五斩波管、第六电阻和连接在地端和第二负载连接端之间第六斩波管，所述第三电阻与第五电阻的阻值相等，所述第四电阻与第六电阻的阻值相等。负载连接在第一负载连接端和第二负载连接端之间，第三斩波管和第五斩波管的栅极同时连接在一控制信号上；第四斩波管和第六斩波管的栅极同时连接在一控制信号上。其可解决温度漂移和尖峰脉冲的原理与实施例2相同。

需要说明的是，串联斩波电路中，其等效负载rl与斩波管是串联关系，无法构成差分结构。

实施例4

一种隔离放大器，包括上述实施例中的任一差动斩波器电路和连接在差动斩波器电路输出端上的隔离放大器，隔离放大器为具有差动输入的交流放大器或者带中心抽头的耦合变压器。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。