[發(fā)明專利]高速脈沖耦合器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310381193.5
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103475345A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 馬東林
• 主分類號: H03K17/56
• 分類號: H03K17/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)屬于數(shù)字信號傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在電容源的電容矩陣中，驅(qū)動開關(guān)管的方式需要用隔離驅(qū)動方式。要求是速度快、開關(guān)波形的上升下降沿要盡量陡峭、延時要一致，另外，由于電容源的開關(guān)管是多個一起工作的，每個開關(guān)管的驅(qū)動電路均要求獨立輸入脈沖，所以驅(qū)動電流要盡量小，最好就是可以直接用數(shù)字芯片驅(qū)動，一是消耗的總功率小，二是可以簡化驅(qū)動結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的隔離驅(qū)動方式有光耦和變壓器。無源光耦的速度無法滿足電容源對開關(guān)波形的要求，開關(guān)波形不夠陡峭，延時不一致，測試時由于開關(guān)波形的重疊往往造成電容源的效率很低；有源高速光耦可以做到開關(guān)波形陡峭，延時一致，但在電容矩陣的開關(guān)管驅(qū)動中，要在每個開關(guān)管的驅(qū)動部分引入一個驅(qū)動電源非常困難；有源和無源光耦的另一個特點是發(fā)射端的二極管電流均不會小于6毫安，當(dāng)驅(qū)動一個開關(guān)矩陣時，驅(qū)動總電流對控制系統(tǒng)的電源是一個不小的挑戰(zhàn)。變壓器驅(qū)動可以做到隔離，但當(dāng)電容源負載較輕開關(guān)波形的時間太長時，造成開關(guān)波形的中間部分畸變，驅(qū)動不良，二是變壓器的體積較大，還需要做磁場屏蔽，變壓器的開關(guān)波形也不夠陡峭。本發(fā)明就是為解決電容源中主控制器的開關(guān)管的控制數(shù)據(jù)加載到驅(qū)動電路的問題。

發(fā)明內(nèi)容

高速脈沖耦合器的原理圖如圖1，它分為A、B、C、D四個部分，A是恒流源，B是防反壓，C是電流共點，D是驅(qū)動輸出。應(yīng)用條件為：V1點電位高于V2點電位，V3點電位高于V4點電位。下面分別說明各部分工作原理。

A部分。應(yīng)用時在整個系統(tǒng)中的連接圖如圖2。當(dāng)沒有電流I5存在時，也就是整個系統(tǒng)沒有第三條支路，同時滿足電位條件V1>V2且E1>E2時，恒流源的狀態(tài)是確定的：I1=I2，I3=I4，這時也沒有必要使用A部分的恒流結(jié)構(gòu)。但實際應(yīng)用時，無論是什么系統(tǒng)都存在共地或共電源的情況，圖1中輸入輸出端口中的四個點的電位：V1、V2、V3、V4，任何一個點都可能是最高的也可能是最低的。另外在電容源的驅(qū)動中，電容矩陣的開關(guān)回路是不止一條的，所以這時的情況變得復(fù)雜，圖2中I5的電流可以是正電流，也可以是負電流，同時，I1=I2和I3=I4不再成立。當(dāng)加入圖1中所示的導(dǎo)流二極管D1、D2后，圖2中的I3、I4負電流可以分別被D1、D2限制，這樣整個恒流源的狀態(tài)為：圖2中I1、I2、I3、I4只能為正電流，I5可正可負。當(dāng)I1在R1上的壓降超過Q3的導(dǎo)通電壓時，Q3開始導(dǎo)通，c點的電壓被Q3的集電極抬高，ac兩點間的壓降減小，Q1的基極電流減小，使流過R7的電流和電流I3同時減小，起到抑制最大電流的作用。同理流過Q2的基極電流受Q4控制時，流過R7的電流和電流I4同樣會減小。流過R7的電流由V1-V2點的壓差和電阻R1、R2、R7共同決定。因為Q3和Q4的存在，Q1和Q2的基極電流并不是相等的，這也使得Q1和Q2的管壓降可以不一致，使恒流源結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)V1到E1點以及E2到V2點的不同壓降的要求，例如Q1和Q2中的任何一只飽和導(dǎo)通而另一只弱導(dǎo)通。恒流源結(jié)構(gòu)限制了輸入到V1、V2點的電流，同時適應(yīng)了控制系統(tǒng)與開關(guān)組之間的不同壓差要求。由于Q1和Q2是共基極電流的(基極限流電阻為R7)，只有V1與V2的電壓差大于兩個基極-射極電壓時，Q1和Q2才會同時開通，Q1和Q2的基極電流才會存在。C1和C2是為了開關(guān)的上升沿和下降沿更加陡峭設(shè)置的：開的瞬間C1、C2會短路電阻R1、R2將電流直接加載到Q1和Q2的發(fā)射極，使其迅速開通；關(guān)的瞬間C1、C2存儲的電壓變?yōu)榉磯菏筕1至V2之間的開關(guān)管Q1、Q2迅速關(guān)閉。

B部分是防止反壓，即限制恒流源負向電流的作用。反壓是由于三極管本身的物理結(jié)構(gòu)造成的，因為三極管等效于兩個反向串聯(lián)的PN結(jié)。圖2中，當(dāng)V1點電壓高于E2點電壓時I4為負電流，當(dāng)V1點電壓低于E1點電壓I1、I3為負電流；當(dāng)V2點電壓低于E1點電壓時I3為負電流，當(dāng)V2點電壓高于E2點電壓I2、I4為負電流。所以需要加入圖1中的二極管D1、D2，防止反壓造成不正常的電流，使恒流源工作不正常。即圖1中的V4點滿足V4>V1時，D1是反偏截止的，V4<V2時，D2是反偏截止的。這樣I1、I2、I3、I4就只能為正電流。

C和D兩個部分要完成三種情況下的驅(qū)動功能。依據(jù)電流只能由高電位點流向低電位點，所以由應(yīng)用條件V1>V2以及V3>V4知道，4個點電壓的三種情況為：當(dāng)V2為最低電壓點時；當(dāng)V4為最低電壓點時；當(dāng)V1、V2所在的系統(tǒng)與V3、V4所在的系統(tǒng)沒有電流聯(lián)系時。