一种用于rs422总线的脉冲输出电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于RS422总线的脉冲输出电路，该电路包括隔离变压电路，隔离变压电路包括隔离变压器和与隔离变压器初级线圈串联的耦合电容CC；该装置还包括与隔离变压器初级线圈串联的驱动隔离电路和与隔离变压器次级线圈串联脉冲信号输出端口。本发明所述技术方案，通过采用6N13X光耦作为驱动隔离电路实现一级驱动隔离，采用隔离变压器方式实现二级隔离，并且采用6N13X光耦串联隔离变压器，保证了信号的传输速率，增加信号传输系统的安全性，保证了信号的有效性和可靠行，通过模块级联确保主控芯片安全，不会因为功率部分故障影响控制部分性能。解决以往RS422总线的脉冲单隔离电路导致电路损坏的问题。
【专利说明】
-种用于RS422总线的脉冲输出电路
技术领域
[0001] 本发明设及电路。更具体地，设及一种用于RS422总线的脉冲输出电路。
【背景技术】
[0002] 在自动化测试系统中，RS422总线是重要的弹地通讯串行总线，弹地通讯为导弹和 地面设备通讯。目前，RS422总线的脉冲隔离电路采用单隔离电路，当大电流涌入时，可能 会造成忍片级的损坏，给自动测试设备带来严重的损失。
[0003] 因此，需要提供一种用于RS422总线的脉冲输出电路。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于RS422总线的脉冲输出电路。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0006] 一种用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，该电路包括隔离变压电路，所 述隔离变压电路包括隔离变压器和与隔离变压器初级线圈串联的禪合电容C。;该装置还包 括与所述隔离变压器初级线圈串联的驱动隔离电路和与所述隔离变压器次级线圈串联脉 冲信号输出端口。
[0007] 优选地，驱动隔离电路采用6N13X型光禪。
[000引优选地，与隔离变压器初级线圈串联的禪合电容取值0.加 F，禪合电容电压的稳态 值是：
[0009] Vc= D · V DRV
[0010] 公式中，D为占空比，Vdw为谐振回路的电压值。 W11] 优选地，隔离变压电路还包括与禪合电容Cc串联的电阻Rc，所述电阻Rc的阻值由 谐振回路的特性阻抗决定，计算公式如下：
[0012]
阳01引公式中，Lm为谐振回路的总电感。
[0014] 优选地，隔离变压电路还包括与隔离变压器次级线圈并联的电阻Res。
[0015] 优选地，隔离变压电路中禪合电容Cc电压的调节速度τ可由下面的公式估算出：
[0016]
[0017] 公式中，fwv为谐振频率，L Μ为谐振回路的总电感。
[0018] 优选地，隔离变压电路中的隔离变压器为栅极驱动变压器，所述栅极驱动变压器 内部禪合电容Cc2和栅极驱动变压器的初级线圈的内部禪合电容Cci的计算公式分别为：
阳〇2U 公式中，Q历主MOS阳Τ的栅极带电量，Δ V。为内部禪合电容Ct2的电压波动量， AVci为内部禪合电容Cci的电压波动量，Vdw为谐振回路的电压值，￥。。2,"为内部禪合电容 Cc2两端对地的电压值，D为占空比，D max为最大占空比，f DW为谐振频率，L Μ为谐振回路的总 电感。
[0022] 优选地，隔离变压电路中栅极驱动变压器的初级线圈的应数Νρ的计算公式为：
[0023]
[0024] 公式中，V?是通过初级线圈的电压，t是指脉冲的持续时间，ΔΒ是指t时间内峰 峰值的变化，A。是指选出的磁忍的等效横截面。 阳0巧]本发明的有益效果如下：
[00%] 本发明所述技术方案，通过采用6N13X光禪实现一级驱动隔离，采用隔离变压器 方式二次隔离，并且采用6N13X光禪串联隔离变压器，保证了信号的传输速率，增加信号传 输系统的安全性，保证了信号的有效性和可靠行，通过模块级联确保主控忍片安全，不会因 为功率部分故障影响控制部分性能。解决W往RS422总线的脉冲单隔离电路导致电路损坏 的问题。
【附图说明】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0028] 图1示出用于RS422总线的脉冲输出电路示意图。
[0029] 图2示出6N13X型光禪内部结构示意图。
[0030] 图3示出6N13X型光禪的典型应用电路示意图。
[0031] 图4示出隔离变压器基本电路示意图。
[0032] 图5示出磁化电路电流成分示意图。
【具体实施方式】
[0033] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件W相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应W此限制本发明的保护范围。
[0034] 如图1所示，本实施例提供的用于RS422总线的脉冲输出电路，包括：内部光禪和 隔离变压器。采用光禪隔离控制信号与脉冲变压器级联方式控制内部光禪中的光敏Ξ极管 导通，实现负脉冲信号输出用于驱动外部光禪； W对其中
[0036] 内部光禪部分：
[0037] 如图2所示，内部光禪采用6N13x系列光禪，其最大输入电流，低电平时250uA， 最大输入电流，高电平时15mA，最大允许低电平电压（输出高）：0.8v，最大允许高电 平电压：Vcc，最大电源电压、输出：5. 5V，扇出OTL负载）：8个（最多），工作溫度范 围：-4(TC to+85°C。
[0038] 如图3所示，光禪隔离器6N13X，输入端属于模块I，输出端可W得到反相或同相逻 辑传输，其中RF为限流电阻。发光二极管正向电流0-250 μ A，光敏管不导通；发光二极管 正向压降1. 2-1. 7V (典型1. 4V)，正向电流6. 3-15mA，光敏管导通。本实施例采用TTL电平 输入，Vccl为5V时，电阻RF可选500Ω左右。如果不加限流电阻或阻值很小，6N13X仍能 工作，但发光二极管导通电流很大对Vccl有较大冲击，尤其是数字波形较睹时，上升、下降 沿的频谱很宽，会造成相当大的尖峰脉冲噪声，而通常印刷电路板的分布电感会使地线吸 收不了运种噪声，其峰-峰值可达lOOmV W上，足W使模拟电路产生自激。所W在可能的情 况下，电阻RF值应尽量取大。
[0039] 输出端由模块II供电，Vcc2 = 4. 5~5. 5V。在Vcc2 (脚8)和地（脚5)之间必 须接一个0. 1 μ F高频特性良好的电容，如瓷介质或粗电容，而且应尽量放在脚5和脚8附 近（不要超过1cm)。运个电容可W吸收电源线上的纹波，又可W减小光电隔离器接受端开 关工作时对电源的冲击。脚7是使能端，当它在0-0. 8V时强制输出为高（开路）；当它在 2. 0V-VCC2时允许接收端工作。
[0040] 脚6是集电极开路输出端，通常加上拉电阻化。虽然输出低电平时可吸收电路达 13mA，但仍应当根据后级输入电路的需要选择阻值。因为电阻太小会使6N137耗电增大，加 大对电源的冲击，使旁路电容无法吸收，而干扰整个模块的电源，甚至把尖峰噪声带到地线 上。一般可选4.化Ω，若后级是TTL输入电路，且只有1到2个负载，则用4化Ω或巧kQ 也行。化是输出负载的等效电容，它和化影响器件的响应时间，当化=350Ω，化=15pF 时，响应延迟为25-75ns。
[0041] 隔离变压器部分：
[0042] 驱动电路和单一输出脉宽调制PWM控制器相互协调构成主M0S阳T源极，共同驱动 高边开关，如图4所示就是一个基本的电路，主M0SFET源极输入端与内部光禪6N13X的输 出端V0连接。
[0043] 禪合电容C。和栅极驱动变压器的初级线圈串联来为磁化的磁忍提供复位电压。如 果没有运个电容，就会有一个取决于通过线圈的直流电压的占空比，变压器也会变得饱和。 W44] 禪合电容C。的直流电压像交流禪合直接驱动中展示的那样生成，禪合电容C。电压 的稳态值是： W45] Vc=D.Vdrv
[0046] 像交流禪合直接驱动一样，实际的栅极驱动电压V。随着占空比而变化。另外，突 然地占空比变化会在栅极驱动变压器和禪合电容旁边产生L-C谐振回路。大多数情况下， 运个L-C谐振可W通过给Cc串联一个小电阻Rc就可W得到缓解，C C一般取值0.加 F。Lm为 谐振回路的总电感。Rc的阻值由谐振回路的特性阻抗决定，计算公式如下：
[0047]
[0048] 公式中： W例 Lm:谐振回路的总电感。
[0050] 上面的公式中Rc的值等价于包括PWM驱动器的输出阻抗的串联电阻。此外，要考 虑到禪合电容电压中的准确的衰减反馈或许需要不合理的阻值。运可能会限制栅极电流， 最终导致主开关的开关速度受到限制。另一方面，欠阻尼的反馈可能会导致谐振期间不可 接受的通过栅极和源极端的电压。
[0051] 运个电流的产物V。有两种成分，变压器的磁化电流W及流通在连接栅极和主 M0SFET的源极的电阻中的电流。因此，启动和瞬态时间常数支配着禪合电容电压的调节速 度，禪合电容Cc电压的调节速度τ可由下面的公式估算出：
[0052]
[0053] 公式中：
[0054] fwv:谐振频率 阳05引 Lm:谐振回路的总电感。
[0056] 与隔离变压器次级线圈并联的电阻起续流作用，当次级线圈在通过电流时，会 在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。 当反向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如Ξ极管，等造成损坏。在次级线圈中并 联一个电阻斬5,当次级线圈断电，其中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过运个电阻 和线圈构成的回路做功而消耗掉。从而保护了电路中的其它元器件的安全。
[0057] 磁化部分对驱动器的网络电流化及方向有另外一个重大的影响。图5展示了电路 中的不同的电流成分，化及运些电流成分的和，其中leuT必须由驱动器，即主M0S阳T源极提 供。
[0058] 1)栅极驱动变压器内部禪合电容Cc2和栅极驱动变压器的初级线圈的内部禪合电 容c"的计算
[0059] 禪合电容值的计算是建立在最大的波动电压和先前交流禪合电路描述的稳态工 作时通过电容的电荷量的基础上的，Cc2的方程式跟直接禪合栅极驱动电路中的那个计算类 似。禪合电栅极驱动变压器内部禪合电容Cc2和栅极驱动变压器的初级线圈的内部禪合电 容 Cci。
[0060] 波动有两种成分，一种跟主M0S阳T的栅极电荷有关，另一个是与栅极下拉电阻中 的电流有关：
[0061]
[0062] 公式中： 阳〇6引 Qg:主M0S阳T的栅极带电量 W64] AVc2:内部禪合电容Cc2的电压波动量 W65] Vdw:谐振回路的电压值
[0066] Vd^ 内部禪合电容C。两端对地的电压值
[0067] 最大占空比 W側 few:谐振频率。
[0069] 当开关有最大的导通时间的时候，它也有了最大值，也就是在最大占空比的时候 取最大值。在初级线圈部分，栅极驱动变压器的禪合电容磁化电流产生了另外的波动成分。 它的影响反应在下面的方程式上，运个方程式也可W用来计算初级线圈的内部禪合电容 Cci:
[0070]
[0071] 公式中： 阳0巧 Qg:主M0S阳T的栅极带电量 阳07引 Δ Vci:内部禪合电容Cci的电压波动量
[0074] Vdkv:谐振回路的电压值 阳07引 Vdc2, 电容C。两端对地的电压值
[0076] fwv:谐振频率
[0077] D:占空比 阳07引 Lm:谐振回路的总电感。
[0079] 可W保证在各种条件下保持在目标波动电压之下的最小的电容值可W通过确定 上面表达式的最大值来得到。不同占空比下的最大值取决于实际的设计参数W及元件值。 大多数实际情况下，它会下降到D = 0. 6到D = 0. 8范围内。
[0080] 另外还要注意出现在主M0S阳T晶体管栅极的总的波动电压，AVu+AV。。当需要 特定的波动电压和栅极压降的时候，它必须分离到两个内部禪合电容之间。
[0081] 2)栅极驱动变压器的设计
[0082] 栅极驱动变压器的作用是用来传递W地为参考的栅极激励脉冲，使它通过比较大 的势差来调解变动的驱动。像所有的变压器一样，它也可W缩放电压，尽管它很少运样被要 求。它操控很低的能量但是很高的峰值电流来驱动功率场效应晶体管的栅极。栅极驱动变 压器被像脉宽调制PWM占空比功能的可变的脉冲宽度来驱动，振幅的固定或者是变动取决 于电路排布。在单端电流模式电路中栅极驱动变压器是交流禪合，磁化部分产生了振幅可 变的脉冲。双端引线安排，像半桥式应用中，用振幅固定的信号来驱动栅极驱动变压器。所 有情况下，栅极驱动变压器在B-H曲线的第一象限和第Ξ象限都工作。
[0083] 栅极驱动变压器的设计类似于电源变压器的设计，通常只有一种应比，由于功耗 而造成的溫升通常可W忽略。因此，设计W磁忍的选择开始。栅极驱动变压器的磁忍形状 可W包括环形、M、P或者类似的形状。磁忍材料是高透磁率的铁酸盐，运样可W使磁化电 感值达到最大，同时磁化电流达到最小。经验丰富的设计者可W通过经验来选择磁忍的尺 寸，或许也可W像电源变压器设计中要求的那样根据产品的估计区域来选择。磁忍选择完 成之后，初级线圈的应数就可W通过下面的公式来计算：
[0084]
[00财其中V?是通过初级线圈的电压，t是指脉冲的持续时间，ΔΒ是指t时间内峰峰 值的变化，A。是指选出的磁忍的等效横截面。
[0086] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 W做出其它不同形式的变化或变动，运里无法对所有的实施方式予W穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 一种用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，该电路包括隔离变压电路，所述 隔离变压电路包括隔离变压器和与隔离变压器初级线圈串联的耦合电容C e;该装置还包括 与所述隔离变压器初级线圈串联的驱动隔离电路和与所述隔离变压器次级线圈串联脉冲 信号输出端口。2. 根据权利要求1所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述驱动隔离 电路采用6N13X型光耦。3. 根据权利要求1所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述与隔离变 压器初级线圈串联的耦合电容取值〇. 5uF，耦合电容电压的稳态值是： Vc= 〇 · V DRV 公式中，D为占空比，VDRV为谐振回路的电压值。4. 根据权利要求1所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述隔离变压 电路还包括与耦合电容(^串联的电阻R c，所述电阻&的阻值由谐振回路的特性阻抗决定， 计算公式如下：公式中，LM为谐振回路的总电感。5. 根据权利要求1所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述隔离变压 电路还包括与隔离变压器次级线圈并联的电阻R<； s。6. 根据权利要求5所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述隔离变压 电路中耦合电容Cc电压的调节速度τ可由下面的公式估算出：公式中，为谐振频率，L Μ为谐振回路的总电感。7. 根据权利要求5所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述隔离变压 电路中的隔离变压器为栅极驱动变压器，所述栅极驱动变压器内部耦合电容C e2和栅极驱 动变压器的初级线圈的内部耦合电容C"的计算公式分别为：公式中，Qs为主MOSFET的栅极带电量，AVC2为内部耦合电容Cc2的电压波动量，AV C1 为内部耦合电容(："的电压波动量，VDRV为谐振回路的电压值，VDC2iFWS内部耦合电容C c2两 端对地的电压值，D为占空比，DMAX为最大占空比，f DRV为谐振频率，L M为谐振回路的总电感。8. 根据权利要求7所述的用于RS422总线的脉冲输出电路，其特征在于，所述隔离变压 电路中栅极驱动变压器的初级线圈的匝数N P的计算公式为：公式中，VTR是通过初级线圈的电压，t是指脉冲的持续时间，ΔΒ是指t时间内峰峰值 的变化，4是指选出的磁芯的等效横截面。
【文档编号】H03K19/14GK105871368SQ201510035605
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】王蕾蕾, 李金波, 云鹏
【申请人】北京电子工程总体研究所