[发明专利]一种直流正负双极信号隔离转换方法及其电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法及其电路，尤其涉及一种直流正负双极信号隔离转换的方法及其电路。

背景技术

在工业控制领域，利用直流正负双极信号作为电压驱动信号很普遍，例如PLC、发送器、电机控制等。在实际应用中，为了有效的抑制控制设备与执行设备之间共模噪声、公共地干扰以及实现控制设备接口与执行设备接口的信号匹配及阻抗匹配，通常将直流正负双极信号进行有效的隔离并转换，以实现以上目的。

现有技术中直流正负双极信号的隔离转换实现方法通常是：如图1所示，先通过加法电路将双极信号变为单极信号，再通线性光耦进行线性隔离后，整流输出为单极信号，再通过加法电路将单极信号还原为双极信号。此方法双极信号必须先转换为单极信号后才能通过线性光耦进行线性隔离转换，隔离后还必须将单极信号还原为双极信号，实现方法不仅电路结构复杂，且加法电路中引入的参考电压基准的精度及温度漂移系数会直接影响信号转换的精度及温度漂移系数；另外，线性光耦还容易受环境温度的影响，也会导致输出信号产生漂移，影响信号的转换精度。

也有采用输入和输出电路均采用双向模拟开关的方法来实现直流正负双极信号隔离转换，如图2所示，在连接隔离藕合变压器初级的直流正负双极信号输入回路中设置一个双向开关器件，在连接隔离藕合变压器次级的直流正负双极信号输出回路中也同样设置一个双向开关器件；通过两组驱动电路，分别控制两个双向开关器件常闭或常开之间的同步切换，以此实现直流正负双极输入信号的斩波逆变，斩波逆变后的信号经过变压器隔离耦合输出，完成直流正负双极信号的隔离转换。此种方案由于省去了加法电路，直接采用两个双向模拟开关电路直接实现信号的隔离转换，提高了信号转换的转换精度，减小了温度漂移系数。但因前后级器件参数很难匹配，导致调试困难，且结果老化试验及高低温等可靠性试验后，因元器件参数的漂移还会导致输出信号相对输入信号产生整体漂移，如输入为-5V～+5V，而输出为-4.7V～+5.3V；同时因双向开关成本较高，产品的整体成本相对较高。

发明内容

本发明目的在于提供一种直流正负双极信号隔离转换的方法，该方法大大提高了信号转换的精度和减小温度漂移系数，解决了信号漂移的问题，同时降低产品成本、减小产品体积。

本发明的另一个目的在于提供实现上述方法的直流正负双极信号隔离转换电路。

本发明的目的可以通过以下方案实现：一种实现直流正负双极信号隔离转换的方法，在连接信号变压器初级的直流正负双极信号输入回路中设置一个MOSFET调制电路，在连接信号变压器次级的直流正负双极信号输出回路中设置一个MOSFET解调电路；通过驱动变压器的初级绕组和次级绕组输出的同步驱动信号，分别控制MOSFET调制电路和MOSFET解调电路中开关管的同步切换，以此实现直流正负双极输入信号的斩波逆变，斩波逆变后的信号经过信号变压器隔离耦合输出，完成直流正负双极信号的隔离转换。

所述驱动变压器输出的驱动信号采用自激控制的方式进行控制，产生的两组驱动信号经过其初级绕组和次级绕组隔离后同步输出。

为了减少MOSFET调制、解调开关电路中MOS管导通电阻对直流正负双极信号的影响，在直流正负双极信号斩波逆变前，先进行电压-电流变换，将输入的直流正负双极电压信号变换为直流正负双极电流信号；同时在隔离耦合输出后，再将直流正负双极电流信号转化为直流正负双极电压信号输出。

本发明所述隔离藕合的信号变压器的初次级为等匝数绕制。

本发明的另一目的通过以下技术措施实现，一种实现上述方法的直流正负双极信号隔离转换电路，包括初次级等匝数的主信号变压器，用于隔离耦合直流正负双极信号；驱动变压器，用于输出隔离同步脉冲驱动控制信号；MOS FET调制电路；MOSFET解调电路；其中主信号变压器初次绕组与MOSFET调制电路连成输入回路，直流正负双极输入信号连接初次绕组的中间抽头；主信号变压器的次级绕组与MOSFET解调电路连成输出回路，次级绕组的中间抽头连接直流正负双极信号输出端；驱动变压器初级绕组和次级绕组各有两路驱动信号输出，分别连接MOSFET调制和解调电路的驱动控制端；

通过两组同步脉冲驱动信号，分别控制MOSFET调制和解调电路中开关器件的常闭或常开之间的同步切换，以此实现直流正负双极输入信号的斩波逆变，斩波逆变后的信号经过主信号变压器隔离耦合输出，完成直流正负双极信号的隔离转换。