本发明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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本发明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。
本发明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。
本发明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)本发明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本发明的磁隔离驱动电路中调制电路结构图；
图2b本发明的磁隔离驱动电路中调制电路原理图；
图2c本发明的磁隔离驱动电路中调制电路仿真图；
图3a本发明的磁隔离驱动电路中解调电路结构图；
图3b本发明的磁隔离驱动电路中解调电路原理图；
图3c本发明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
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明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，但本发明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为本发明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t19初级绕组两端的电压为负，当隔直电容c116储存的电能释放完以后，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信号的上升沿因此调制成负向的窄脉冲信号。
隔离变压器t19的作用是将脉宽调制电路调制出来的正负窄脉冲信号vt1从变压器的初级绕组传递到次级，并且为整个驱动电路的控制回路和主回路之间提供必要的电气隔离。在该电路中，隔离变压器t19只传输信号，并不传递能量。
然后对pwm脉宽解调电路进行说明，本方案中的脉宽解调电路的作用是将隔离变压器t19传输过来的正负窄脉冲信号vt1还原成原pwm信号，即将正负向的窄脉冲信号解调为原pwm信号的上升沿和下降沿。图3a为本发明中的磁隔离驱动电路解调方法结构图，图3b为其原理图。
脉宽解调电路具体由npn三极管q11、pnp三极管q22、pnp三极管q33、电阻r14、电阻r25、电阻r36、电阻r47、电阻r58构成，隔离变压器t19副边绕组的同名端、电阻r14的一端、电阻r58的一端相互连接，隔离变压器t19副边绕组的异名端、电阻r25的一端、npn三极管q11的发射极均和电源地vc-连接，npn三极管q11的基极、pnp三极管q22的集电极、电阻r14的另一端、电阻r25的另一端相互连接，npn三极管q11的集电极、pnp三极管q22的基极、pnp三极管q33的集电极、电阻r47的一端相互连接，pnp三极管q33的基极与电阻r58的另一端连接，pnp三极管q22的发射极与电阻r36的一端连接，电阻r36的另一端、电阻r47的另一端、pnp三极管q33的发射极均与电源vc+相连，pnp三极管q22的发射极与电阻r36之间连接有pwm信号输出单元。
为了电路能够稳定运行，该电路还包括第一稳压单元和第二稳压单元，第一稳压单元串接在隔离变压器t19副边绕组的同名端和电阻r14之间，第二稳压单元串接在隔离变压器t19副边绕组的同名端和电阻r58之间。
在本实施例中第一稳压单元具体由稳压管d110和稳压管d211构成，稳压管d110的阳极与隔离变压器t19副边绕组的同名端连接，稳压管d110的阴极与稳压管d211的阴极连接，稳压管d211的阳极与电阻r14连接；第二稳压单元具体由稳压管d312和二极管d413构成，稳压管d312的阳极与隔离变压器t19副边绕组的同名端连接，稳压管d312的阴极与二极管d413的阴极连接，二极管d413的阳极与电阻r58连接。
电路的工作过程为：当隔离变压器t19传输过来的信号为正向窄脉冲信号时，npn三极管q11开通，pnp三极管q33截止，pnp三极管q22导通，npn三极管q11与pnp三极管q22构成正反馈回路，加速整个电路的电位变化，pnp三极管q22的发射极电位变低，从该处输出解调完成的原pwm波形的下降沿；当隔离变压器t19传输过来的信号为负向窄脉冲信号时，npn三极管q11截止，pnp三极管q33导通，pnp三极管q22截止，pnp三极管q33的导通将会加速pnp三极管q22的截止，pnp三极管q22的发射极电位变高，从该处输出解调完成的原pwm波形的上升沿。
通过仿真软件pspice对本发明的磁隔离驱动电路的调制与解调电路进行仿真验证，初始pwm输入信号为高电平15v，低电平0v的方波信号，图2c与图3c分别为调制电路与解调电路的仿真图，可以看出调制与解调电路均可正常工作，调制电路将pwm信号调制成正负向的窄脉冲信号，经过脉冲变压器的隔离传输后，最后通过解调电路将窄脉冲还原成原pwm信号，图中波形的变化及较低的传输延时验证了本方案的可行性和实用性。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的改变或者替换，都涵盖在本发明的保护范围内。