CN101510734B - 极性和幅值可调的隔离脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器，还设置有分别与隔离变压器的输出端相连，用于全波整流的第一二极管和第二二极管；连接在第一二极管和第二二极管之间，用于电源储能和滤波的电容；分别与隔离变压器的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻和第二电阻；以及分别与第一二极管和第二二极管的负极、电容的另一端、第一电阻和第二电阻的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器。所述的双稳态触发器通过缓冲放大器和连接负载。本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，具有结构简单、成本低廉、效率高、体积小、无需调试等优点。

Description

极性和幅值可调的隔离脉冲电源

技术领域

本发明涉及一种脉冲电源，特别是涉及一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源。

背景技术

通常，在制作极性和幅值可调的隔离脉冲电源时，需要通过变压器把交流传输到次级并整流、滤波，然后通过通讯把指令传输到次级的微控制器，再由微控制器控制输出脉冲的极性和幅值。这种方式无疑很复杂。稍简单一点的是，通过变压器把交流传输到次级并整流、滤波，然后通过继电器控制输出端的极性。后一种方式仍然需要一个控制通道，且需要较强的能量去控制继电器，特别是在次级与次级在空间有一定距离时，且不可能有线路连接，如在人体或动物体外控制植入式的脉冲电源时，这两种方式均难以实现极性和幅值可调的隔离脉冲电源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在空间具有一定距离时，也可以调整极性和幅值的极性和幅值可调的隔离脉冲电源。

本发明所采用的技术方案是：一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器，还设置有分别与隔离变压器的输出端相连，用于全波整流的第一二极管和第二二极管；连接在第一二极管和第二二极管之间，用于电源储能和滤波的电容；分别与隔离变压器的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻和第二电阻；以及分别与第一二极管和第二二极管的负极、电容的另一端、第一电阻和第二电阻的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器。

所述的双稳态触发器通过缓冲放大器和连接负载。

所述的双稳态触发器包括有第三、第四三极管，第五至第八电阻，所述的第七电阻的一端连接第一二极管的负极，另一端分别连接第一电阻和第六电阻的一端以及第三三极管的集电极，所述的第八电阻的一端连接第二二极管的负极，另一端分别连接第二电阻和第五电阻的一端以及第四三极管的集电极，所述的第五电阻的另一端连接第三三极管的基极，第六电阻的另一端连接第四三极管的基极，所述的第三三极管和第四三极管的发射极接地。

所述的双稳态触发器中，还可由第一、第二三极管及第三、第四偏置基极电阻替换所述的第七电阻和第八电阻，其中，第一、第二三极管的发射极分别对应连接第一、第二二极管的负极，第一、第二三极管的集电极分别对应连接第三、第四三极管的集电极，第三偏置基极电阻连接在第一三极管的基极和第二三极管的集电极之间，第四偏置基极电阻连接在第二三极管的基极和第一三极管的集电极之间。

所述的双稳态触发器是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管构成的桥式对称双稳态触发器。

还采用第五至第八绝缘栅场效应晶体管构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳态触发器和负载。

所述的双稳态触发器包括有第一反相器和第二反相器，其中，第一反相器和第二反相器的正相端分别对应连接第一电阻和第二电阻，第一反相器和第二反相器的反相端共同构成输出端，第一反相器的正相端连接第二反相器的反相端，第二反相器的正相端连接第一反相器的反相端。

所述的构成双稳态触发器的输出端分别对应通过第三反相器、第四反相器连接负载。

本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，具有结构简单、成本低廉、效率高、体积小、无需调试等优点。

附图说明

图1是本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源的原理图；

图2(a)是本发明输入脉冲图；

图2(b)是本发明输出脉冲图；

图3是本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源第二实施例的原理图；

图4是本发明中给出双稳触发器的第一实施例的原理图；

图5是本发明中给出双稳触发器的第二实施例的原理图；

图6是本发明中给出双稳触发器的第三实施例的原理图；

图7是本发明中给出双稳触发器的第四实施例的原理图；

图8是本发明中给出双稳触发器的第五实施例的原理图；

图9是本发明中给出双稳触发器的第六实施例的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源做出详细说明。

如图1所示，本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器B，还设置有分别与隔离变压器B的输出端相连，用于全波整流的第一二极管D₁和第二二极管D₂；连接在第一二极管D₁和第二二极管D₂之间，用于电源储能和滤波的电容C；分别与隔离变压器B的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻R₁和第二电阻R2；以及分别与第一二极管D₁和第二二极管D₂的负极、电容C的另一端、第一电阻R₁和第二电阻R₂的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器FF₁。

在图1所示的电路中，在输入V_in为图2(a)所示的输入脉冲时，电路的输出V_out如图2(b)所示的脉冲，且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。

假定当输入V_in为图2(a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为正极性，因此在变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给电容C充电作为双稳态触发器FF₁的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻R₁输入到双稳态触发器FF₁的S端，使双稳态触发器FF₁的Q输出端输出高电平，由于S端与Q端连接在一起，保证了双稳态触发器FF₁稳定地保持Q输出端输出高电平(接近电容C上的电压，且这个电压与输入脉冲幅值成正比)，

端输出低电平。同样由于R端与

端连接在一起，即使隔离变压器B的次级出现反相的脉冲，双稳态触发器FF₁不会出现翻转。只有当脉冲波群消失后，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器FF₁没有电源而Q与

端均无输出。在第二个脉冲波群到来时，由于其第一个脉冲仍然为正极性，因此，电路重复上述动作。

在第三个脉冲波群到来时，由于其第一个脉冲为负极性，由于电路的对称性，不难分析，双稳态触发器FF₁稳定地保持Q输出端输出低电平，

端输出高电平，且与输入脉冲的幅值成正比。

如图3所示，为了避免负载对电路触发可靠性的影响，可以在电路的输出端接上缓冲放大器BF₁和BF₂，使所述的双稳态触发器FF₁通过缓冲放大器BF₁和BF₂连接负载。

如图4所示，所述的双稳态触发器FF₁包括有第三、第四三极管T₃、T₄，第五至第八电阻R₅、R₆、R₇和R₈，所述的第七电阻R₇的一端连接第一二极管D₁的负极，另一端分别连接第一电阻R₁和第六电阻R₆的一端以及第三三极管T₃的集电极，所述的第八电阻R₈的一端连接第二二极管D₂的负极，另一端分别连接第二电阻R₁和第五电阻R₅的一端以及第四三极管T₄的集电极，所述的第五电阻R₅的另一端连接第三三极管T₃的基极，第六电阻R₆的另一端连接第四三极管T₄的基极，所述的第三三极管T₃和第四三极管T₄的发射极接地。

在输入V_in为图2(a)所示的输入脉冲时，电路的输出V_out如图2(b)所示的脉冲，且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。

假定当输入V_in为图2(a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给电容C充电作为双稳态触发器FF₁的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻R₁抬升第三三极管T₃的集电极电位，并通过第五电阻R₅输入第四三极管T₄和抬升其基极电位。与此相反，第三三极管T₃的基极和第四三极管T₄的集电极却得到的是负脉冲，因此，在电容C充电到最高值和在脉冲波群的第一个负极性脉冲到来之前，第三三极管T₃和第四三极管T₄等构成的双稳态触发器FF₁已经建立并维持在第三三极管T₃集电极为高电平，第四三极管T₄集电极为低电位的稳定状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如何，都改变不了电路的状态，只不过是通过第一二极管D₁和第二二极管D₂继续给电容C充电，继续维持电路的稳态输出，直到脉冲波群消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器FF₁不再有输出为止。电路在新的脉冲波群到来之后，又将按上述过程工作。

通过上面的分析可以得出：由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。

如图5所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，所述的双稳态触发器FF₁中，还可由第一、第二三极管T₁、T₂及第三、第四偏置基极电阻R₃、R₄替换所述的第七电阻R₇和第八电阻R₈，其中，第一、第二三极管T₁、T₂的发射极分别对应连接第一、第二二极管D₁、D₂的负极，第一、第二三极管T₁、T₂的集电极分别对应连接第三、第四三极管T₃、T₄的集电极，第三偏置基极电阻R₃连接在第一三极管T₁的基极和第二三极管T₂的集电极之间，第四偏置基极电阻R₄连接在第二三极管T₂的基极和第一三极管T₁的集电极之间。

如图6所示，所述的双稳态触发器FF₁是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管G₁、G₂、G₃、G₄构成的桥式对称双稳态触发器。

在输入V_in为图2(a)所示的输入脉冲时，电路的输出V_out如图2(b)所示的脉冲，且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。

假定当输入V_in为图2(a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给电容C充电作为双稳态触发器FF₁的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻R₁抬升第一和第三绝缘栅场效应晶体管G₁和G₃的栅极、第二和第四绝缘栅场效应晶体管G₂和G₄的漏极电位。与此相反，第一和第三绝缘栅场效应晶体管G₁和G₃漏极、第二和第四G₂和T₄的栅极却得到的是负脉冲。因此，在电容C充电到最高值和在脉冲波群的第一个负极性脉冲到来之前，第一至第四绝缘栅场效应晶体管G₁、G₂、G₃和G₄构成的桥式对称双稳态触发器已经建立并维持在第三绝缘栅场效应晶体管G₃漏极为低电平，第四绝缘栅场效应晶体管G₄漏极为高电位的稳定状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如何，都改变不了电路的状态，只不过是通过第一二极管D₁和第二二极管D₂继续给电容C充电，继续维持电路的稳态输出，直到脉冲波群消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器FF₁不再有输出为止。电路在新的脉冲波群到来之后，又将按上述过程工作。

通过上面的分析可以得出：由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。

如图7所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，还可采用第五至第八绝缘栅场效应晶体管G₅、G₆、G₇、G₈构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳态触发器FF₁和负载。

如图8所示，所述的双稳态触发器FF₁包括有第一反相器IC₁和第二反相器IC₂，其中，第一反相器IC₁和第二反相器IC₂的正相端分别对应连接第一电阻R₁和第二电阻R2，第一反相器IC₁和第二反相器IC₂的反相端共同构成输出端，第一反相器IC₁的正相端连接第二反相器IC₂的反相端，第二反相器IC₂的正相端连接第一反相器IC₁的反相端。

在输入V_in为图2(a)所示的输入脉冲时，电路的输出V_out如图2(b)所示的脉冲，且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。

假定当输入V_in为图2(a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给电容C充电作为双稳态触发器FF₁的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻R₁抬升第一反相器IC₁的输入端和第二反相器IC₂的输出端。与此相反，第一反相器IC₁的输出端和第二反相器IC₂的输入端却得到的是负脉冲。因此，在电容C充电到最高值和在脉冲波群的第一个负极性脉冲到来之前，第一反相器IC₁和第二反相器IC₂构成的双稳态触发器已经建立并维持第一反相器IC₁输出低电平，第二反相器IC₂输出高电位的稳定状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如何，都改变不了电路的状态，只不过是通过第一、第二二极管D₁和D₂继续给电容C充电，继续维持电路的稳态输出，直到脉冲波群消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器不再有输出为止。电路在新的脉冲波群到来之后，又将按上述过程工作。

通过上面的分析可以得出：由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。

如图9所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，还可将所述的构成双稳态触发器FF₁的输出端分别对应通过第三反相器IC₃、第四反相器IC₄连接负载。

Claims (8)

1.一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器(B)，其特征在于，还设置有分别与隔离变压器(B)的输出端相连，用于全波整流的第一二极管(D₁)和第二二极管(D₂)；一端连接在第一二极管(D₁)和第二二极管(D₂)之间用于电源储能和滤波的电容(C)；一端分别与隔离变压器(B)的正负输出端相连的用于传递触发信号的第一电阻(R₁)和第二电阻(R2)；以及分别与第一二极管(D₁)和第二二极管(D₂)的负极、电容(C)的另一端、第一电阻(R₁)和第二电阻(R₂)的另一端相连的用于输出脉冲并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器(FF₁)，所述的双稳态触发器(FF₁)的输出端(Vout)作为隔离脉冲电源的输出端，所述的隔离变压器(B)输出侧的中间抽头接地，所述的电容(C)的一端接第一二极管(D₁)和第二二极管(D₂)的负极，电容(C)的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)的两个输出端分别通过第一缓冲放大器(BF₁)和第二缓冲放大器(BF₂)连接负载。

3.根据权利要求1所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)包括有第三、第四三极管(T₃、T₄)，第五至第八电阻(R₅、R₆、R₇和R₈)，所述的第七电阻(R₇)的一端连接第一二极管(D₁)的负极，另一端连接第一电阻(R₁)、第六电阻(R₆)的一端以及第三三极管(T₃)的集电极，所述的第八电阻(R₈)的一端连接第二二极管(D₂)的负极，另一端连接第二电阻(R₂)、第五电阻(R₅)的一端以及第四三极管(T₄)的集电极，所述的第五电阻(R₅)的另一端连接第三三极管(T₃)的基极，第六电阻(R₆)的另一端连接第四三极管(T₄)的基极，所述的第三三极管(T₃)和第四三极管(T₄)的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)中，还可由第一、第二三极管(T₁、T₂)及第三、第四偏置基极电阻(R₃、R₄)替换所述的第七电阻(R₇)和第八电阻(R₈)，其中，第一、第二三极管(T₁、T₂)的发射极分别对应连接第一、第二二极管(D₁、D₂)的负极，第一、第二三极管(T₁、T₂)的集电极分别对应连接第三、第四三极管(T₃、T₄)的集电极，第三偏置基极电阻(R₃)连接在第一三极管(T₁)的基极和第二三极管(T₂)的集电极之间，第四偏置基极电阻(R₄)连接在第二三极管(T₂)的基极和第一三极管(T₁)的集电极之间。

5.根据权利要求1所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管(G₁、G₂、G₃、G₄)构成的桥式对称双稳态触发器，其中，第一、第三绝缘栅场效应晶体管(G₁、G₃)的栅极共同连接第一电阻(R₁)，第二、第四绝缘栅场效应晶体管(G₂、G₄)的栅极共同连接第二电阻(R₂)，第一、第二绝缘栅场效应晶体管(G₁、G₂)的漏极分别对应连接第三、第四绝缘栅场效应晶体管(G₃、G₄)的漏极，第一、第二绝缘栅场效应晶体管(G₁、G₂)的源极连接第一、第二二极管(D₁、D₂)的负极，第三、第四绝缘栅场效应晶体管(G₃、G₄)的源极接地，第二绝缘栅场效应晶体管(G₂)的漏极连接第一电阻(R₁)，第一绝缘栅场效应晶体管(G₁)的漏极连接第二电阻(R₂)，第三、第四绝缘栅场效应晶体管(G₃、G₄)的栅极作为双稳态触发器(FF₁)的输出端(Vout)。

6.根据权利要求5所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，还采用第五至第八绝缘栅场效应晶体管(G₅、G₆、G₇、G₈)构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳态触发器(FF₁)和负载，其中，第五、第七绝缘栅场效应晶体管(G₅、G₇)的栅极共同连接第一电阻(R₁)，第六、第八绝缘栅场效应晶体管(G₆、G₈)的栅极共同连接第二电阻(R₂)，第五、第六绝缘栅场效应晶体管(G₅、G₆)的源极连接第一、第二二极管(D₁、D₂)的负极，第七、第八绝缘栅场效应晶体管(G₇、G₈)的源极接地，第五、第七绝缘栅场效应晶体管(G₅、G₇)的漏极相连接作为隔离脉冲电源输出端的一端，第六、第八绝缘栅场效应晶体管(G₆、G₈)的漏极相连接作为隔离脉冲电源输出端的另一端。

7.根据权利要求1所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)包括有第一反相器(IC₁)和第二反相器(IC₂)，其中，第一反相器(IC₁)和第二反相器(IC₂)的正相端分别对应连接第一电阻(R₁)和第二电阻(R2)，第一反相器(IC₁)和第二反相器(IC₂)的反相端共同构成双稳态触发器(FF₁)的输出端，第一反相器(IC₁)的正相端连接第二反相器(IC₂)的反相端，第二反相器(IC₂)的正相端连接第一反相器(IC₁)的反相端。

8.根据权利要求7所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双稳态触发器(FF₁)的输出端分别对应通过第三反相器(IC₃)、第四反相器(IC₄)连接负载。

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