一种缓冲隔离直流电源电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种缓冲隔离电源电路。
【背景技术】
[0002]作为电子产品的能量源泉，电源质量的好坏直接关系到一款电子产品的优劣，尤其是对于应用在环境极其复杂的各种工业现场的电子产品，对供电电源有着更高的要求。在面向工业环境的电子产品的设计过程中，通常会将不同功能的模块或线路板进行电气隔离，以减少相互干扰。如果两个模块或线路板的供电电压幅值不一样，那么选用带缓冲隔离功能的DC-DC转换芯片无疑是最佳解决方案(因为DC-DC转芯片要么实现升压，要么实现降压)。如果两个模块或线路板所需的供电电压幅值一样，那么DC-DC转换芯片将会面临英雄无用武之地的窘境。鉴于此，本实用新型提供了一种缓冲隔离电源电路，用于供电幅值相同的两个功能模块或线路板之间的电气隔离。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术无法提供供电幅值相同的两个功能模块或线路板之间的电气隔离技术的技术问题，本实用新型提供一种缓冲隔离电源电路，主要可用于两个供电幅值相同的不同模块或线路板的电气隔离。
[0004]本实用新型的技术解决方案:
[0005]—种缓冲隔离直流电源电路，其特殊之处在于:包括依次连接的激励信号输入单元、输入信号缓冲单元、信号隔离变压单元、储能及防反充电路、宽输入电压调节器以及信号输出电路；
[0006]所述激励信号输入单元用于将两个供电电压幅值相同的模块之一产生的方波激励信号输入给信号隔离变压器；
[0007]所述输入信号缓冲单元对激励方波进行缓冲、倒相，得到稳定的方波激励信号；
[0008]所述信号隔离变压单元用于对稳定的激励信号进行隔离，得到隔离信号；
[0009]所述储能及防反充电路用于在隔离信号的高电平时进行能量存储，在隔离信号的低电平时一方面为宽输入电压调节器提供交流信号，一方面防止储能元件对其前端进行反向充电；
[0010]所述宽输入电压调节器用于将交流信号转变为的直流电压；
[0011 ]所述信号输出电路用于将直流信号输出以供后续电路使用。
[0012]上述输入信号缓冲单元包括六个反相器U2A、反相器U2B、反相器U2C、反相器U2D、反相器U2E、反相器U2F，方波激励信号先经过反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F—次倒相缓冲后经过反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C 二次倒相缓冲后输出给信号隔离变压器。
[0013]上述信号隔离变压单元包括电容Cl和隔离变压器Tl，所述反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F输出端经过电容Cl与隔离变压器Tl初级线圈的一端连接，所述反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C的输出端与隔离变压器Tl初级线圈的另一端连接，
[0014]所述隔离变压器Tl次级线圈的一端接VSS，所述隔离变压器Tl次级线圈的另一端与储能及防反充电路连接。
[0015]上述储能及防反充电路包括二极管D1、极性电容C4和无极性电容C2，所述二极管Dl的一端与隔离变压器Tl次级线圈的另一端连接，所述二极管Dl的另一端与极性电容C4的正极连接，所述极性电容C4的负极与宽输入电压调节器的输入端接连，所述极性电容C4的负极接VSS，所述电容C4的负极与无极性电容C2的一端连接，所述无极性电容C2另一端与宽输入电压调节器的输入端接连。
[0016]上述宽输入电压调节器包括电压调节器Ul。
[0017]上述信号输出电路包括极性电容C3、无极性电容CDI和无极性电容CD2，所述极性电容C3的正极、无极性电容⑶I的一端和无极性电容⑶2的一端均与电压调节器Ul连接，同时与VDD连接，所述极性电容C3的负极、无极性电容CD I的另一端和无极性电容CD2的另一端均接VSS。
[0018]上述电压调节器Ul为MAX666。
[0019]本实用新型所具有优点:
[0020]1、本实用新型通过采用二级倒相，实现信号的缓冲放大。
[0021]2、本实用新型采用1:1隔离变压器实现真正意义上的电气隔离；隔离变压器初级线圈和次级线圈的信号在电气上是完全隔离的，即两侧信号仅通过交变磁场耦合，不存在任何的电气连接。
[0022]3、本实用新型采用宽电压输入的电压调节器及电容储能技术，使得电压输出稳定可靠。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的整体结构图；
[0024]图2为本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0025]该电路主要由图1所示激励信号输入单元、输入信号缓冲单元、信号隔离变压单元、储能及防反充电路、宽输入电压调节器以及信号输出电路组成;其中激励信号输入单元为模块I (在此以两个供电电压幅值均为5V的模块I和模块2的电气隔离为例来加以说明)在其5V电源的作用下产生的一定频率的方波，用于激励后续模块;输入信号缓冲单元则起到对模块I所产生的方波进行缓冲、倒相，使其稳定的作用；信号隔离变压单元起到真正意义上的电气隔离作用；储能及防反充电路在输入信号的高电平期间进行能量存储，在输入信号的低电平期间一方面为后续电路供电，一方面防止储能元件对其前端进行反向充电；宽输入电压调节器主要用于将储能元件上波动较大的电压信号调节成较为稳定、纹波较小的直流电压;信号输出电路则将稳定的直流信号输出，以供后续电路使用。
[0026]本实用新型的电路原理图如附图2所示。具体工作过程如下所述:
[0027]一、输入信号缓冲单元。如附图2所示，网络标号为INPUT的输入端是在模块I的5V电源驱动下所产生的一定频率幅值为5V的方波。4049为一款6反相缓冲器，输入的方波信号经D、E、F三个反相器一次倒相缓冲和经过A、B、C三个反相器二次倒相缓冲后分别作用于隔离变压器的初级线圈两端，使得在隔离变压器Tl的初级线圈连两端的信号是稳定的且幅值为1V的方波信号。
[0028]二、信号隔离变压单元。隔离变压器Tl的初级线圈两端所加信号是幅值为1V的方波，由隔离变压器的工作原理可知:在隔离变压器的次级线圈两端也会映射出幅值为1V的同频方波信号。但变压器初级线圈和次级线圈的信号在电气上是完全隔离的，即两侧信号仅通过交变磁场耦合，不存在任何的电气连接。
[0029]三、储能及防反充电路。在信号的高电平期间，隔离变压器的次级线圈经由二极管DI向极性电容C4和无极性电容C2充电，同时还给电压调节器UI供电；在信号的低电平期间，二极管Dl无法导通，变压器次级线圈也无法对电压调节器Ul供电，此时极性电容C4则对外放电，向电压调节器提供电源。由于在极性电容C4对外放电期间，二极管Dl反向截止，所以可以防止极性电容C4向隔离变压器Tl的次级线圈反向充电。只要方波INPUT的频率、极性电容C4的容值以及电压调节器Ul的输入电压范围匹配的较好，那么就可确保电压调节器能正常工作，得到稳定输出。
[0030]四、宽输入电压调节器。由于隔离变压器次级线圈上的信号为交流信号，而我们所需要的是直流电压信号，考虑到成本因素，本实用新型并未采用AC-DC芯片，而是采用了电压调节器UI。该器件的输入电压范围为2V-16.5 V，输出为直流5 V。在本实用新型中选取适当频率的方波INPUT和适当容值的极性电容C4，使得电压调节器的输入端电压在7.5 V至1 V之间波动。那么电压调节器Ul便可正常工作，输出稳定的5V直流电压。正是方波INPUT的频率、极性电容C4的容值以及电压调节器输入电压的精确匹配，才巧妙地实现了交流到直流的转换。
[0031 ] 五、信号输出电路。电压调节器Ul的输出再经由进行电容C3和无极性电容⑶1、⑶2的缓冲和滤波后即可产生更为稳定的5V电源，以向后续电路提供精确稳定的电压。
【主权项】
1.一种缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:包括依次连接的激励信号输入单元、输入信号缓冲单元、信号隔离变压单元、储能及防反充电路、宽输入电压调节器以及信号输出电路； 所述激励信号输入单元用于将两个供电电压幅值相同的模块之一产生的方波激励信号输入给信号隔离变压器； 所述输入信号缓冲单元对激励方波进行缓冲、倒相，得到稳定的方波激励信号； 所述信号隔离变压单元用于对稳定的激励信号进行隔离，得到隔离信号； 所述储能及防反充电路用于在隔离信号的高电平时进行能量存储，在隔离信号的低电平时一方面为宽输入电压调节器提供交流信号，一方面防止储能元件对其前端进行反向充电； 所述宽输入电压调节器用于将交流信号转变为的直流电压； 所述信号输出电路用于将直流信号输出以供后续电路使用。2.根据权利要求1所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述输入信号缓冲单元包括六个反相器U2A、反相器U2B、反相器U2C、反相器U2D、反相器U2E、反相器U2F，方波激励信号先经过反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F—次倒相缓冲后经过反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C 二次倒相缓冲后输出给信号隔离变压器。3.根据权利要求2所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述信号隔离变压单元包括电容Cl和隔离变压器Tl，所述反相器U2D、反相器U2E和反相器U2F输出端经过电容Cl与隔离变压器Tl初级线圈的一端连接，所述反相器U2A、反相器U2B和反相器U2C的输出端与隔离变压器Tl初级线圈的另一端连接， 所述隔离变压器Tl次级线圈的一端接VSS，所述隔离变压器Tl次级线圈的另一端与储能及防反充电路连接。4.根据权利要求3所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述储能及防反充电路包括二极管D1、极性电容C4和无极性电容C2，所述二极管Dl的一端与隔离变压器Tl次级线圈的另一端连接，所述二极管Dl的另一端与极性电容C4的正极连接，所述极性电容C4的负极与宽输入电压调节器的输入端接连，所述极性电容C4的负极接VSS，所述电容C4的负极与无极性电容C2的一端连接，所述无极性电容C2另一端与宽输入电压调节器的输入端接连。5.根据权利要求4所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述宽输入电压调节器包括电压调节器Ul。6.根据权利要求5所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述信号输出电路包括极性电容C3、无极性电容CD I和无极性电容CD2，所述极性电容C3的正极、无极性电容CD I的一端和无极性电容CD2的一端均与电压调节器Ul连接，同时与VDD连接，所述极性电容C3的负极、无极性电容CDl的另一端和无极性电容CD2的另一端均接VSS。7.根据权利要求5所述的缓冲隔离直流电源电路，其特征在于:所述电压调节器Ul为MAX666o
【专利摘要】本实用新型提供一种缓冲隔离电源电路，可用于相互连接的两个不同功能的电路板之间的电气隔离。该电路采用缓冲隔离技术，在输入端和输出端分别采用专用缓冲器和电容对输入、输出进行缓冲，以确保输入输出的稳定。在二级输入和一级输出之间还采用变压器对其进行电气隔离，降低了相互干扰和对噪声的敏感度。与专用DC-DC隔离转换集成电路比较而言，本实用新型具有性价比高、开关噪声小、转换效率高等特点，可广泛应用于为各种电子设备提供稳定、可靠地驱动能量。
【IPC分类】H02M1/32, H02M3/24, H02M1/14
【公开号】CN205249050
【申请号】CN201520921914
【发明人】白伟, 张春生, 黄建明, 张明达, 雷晓娟
【申请人】西安航天计量测试研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年11月18日