блок трансформаторной развязки

Формула изобретения

Блок трансформаторной развязки, содержащий генератор импульсов, первый вход которого является входом устройства, и первый трансформатор с первичной и вторичной обмотками, при этом один вывод первичной обмотки через первый резистор, а другой вывод непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, а выводы вторичной обмотки соединены между собой через последовательно соединенные первый диод и второй резистор и заземлены, отличающийся тем, что дополнительно введены трансформаторы с первичной и вторичной обмотками, идентичные первому трансформатору, резисторы, первая и вторая группы диодов, первый и второй RS-триггеры, логические элементы НЕ, инверсные выходы которых соединены с четными входами генератора импульсов, нечетные входы которого соединены с прямыми входами логических элементов НЕ и являются другими входами устройства, при этом один вывод каждой первичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов через дополнительно введенный резистор, а другой вывод этой же обмотки непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, выводы каждой вторичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов соединены между собой через последовательно соединенные дополнительно введенные диод первой группы и резистор и заземлены, катоды диодов второй группы объединены между собой и подключены к шине питания, а аноды подключены к катодам первого и дополнительно введенных диодов первой группы и к соответствующим входам первого и второго RS-триггеров, выходы которых являются выходами устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области схемотехники, а именно к устройствам гальванической развязки, и может быть использовано для передачи цифровых сигналов между гальванически развязанными устройствами.

В НПК «Технологический центр» МИЭТ разработана микросхема Н5503ХМ1-289 для организации трансформаторной развязки (См. www.asic.ru НПК "Технологический центр" МИЭТ). Микросхема Н5503ХМ1-289 предназначена для работы в качестве генератора импульсов, питающего первичную обмотку трансформатора гальванической развязки для управления одним или двумя мощными полевыми транзисторами по каждому из 8 каналов.

Микросхема включает в себя схему сброса, генератор с выводом подключения внешней емкости (FREQ), 8 драйверов с противофазными выходами Аi и Вi для подключения к обмотке трансформатора.

Схема сброса при подаче на вход CLR низкого уровня блокирует работу микросхемы и переводит выходы в высокоимпедансное состояние. В рабочем состоянии на вход CLR подается высокий уровень. Генератор формирует на выводе FREQ пилообразный сигнал частотой 200 2000 кГц в зависимости от номинала внешнего конденсатора 1, счетчик-делитель на 8 преобразует его в меандр частотой 25 250 кГц. Номинал конденсатора, необходимый для получения на выходах Аi и Вi частоты 200 кГц, составляет 560 пФ. Выходы Аi и Вi подсоединены к выводам первичной обмотки трансформатора. Выводы вторичных обмоток трансформатора соединены между собой через последовательно соединенные диод с резистором. Параллельно резисторам подсоединены конденсаторы, выводы которых подсоединены к истокам и затворам полевых транзисторов.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является ограничение минимальной длительности передаваемого сигнала, определяемой постоянной времени цепи резистора и конденсатора. Длительность переднего фронта сигнала на выводах конденсатора составляет не менее 50 мкс для значения емкости, равной 0.01 мкф.

Решаемой технической задачей является создание блока трансформаторной развязкой, позволяющего осуществлять передачу сигналов с длительностью, меньшей, чем у прототипа.

Достигаемым техническим результатом является возможность передавать сигналы с длительностью от 2 мкс.

Для достижения технического результата в блок трансформаторной развязки, содержащий генератор импульсов, первый вход которого является входом устройства, и первый трансформатор с первичной и вторичной обмотками, при этом один вывод первичной обмотки через первый резистор, а другой вывод непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, а выводы вторичной обмотки соединены между собой через последовательно соединенные первый диод и второй резистор и заземлены, новым является то, что дополнительно введены трансформаторы с первичной и вторичной обмотками, идентичные первому трансформатору, резисторы, первая и вторая группы диодов, первый и второй RS-триггеры, логические элементы "НЕ", инверсные входы которых соединены с четными входами генератора импульсов, нечетные входы которого соединены с прямыми входами логических элементов "НЕ" и являются другими входами устройства, при этом один вывод каждой первичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов через дополнительно введенный резистор, а другой вывод этой же обмотки непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, выводы каждой вторичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов соединены между собой через последовательно соединенные дополнительно введенные диод первой группы и резистор и заземлены, катоды диодов второй группы объединены между собой и подключены к шине питания, а аноды подключены к катодам первого и дополнительно введенных диодов первой группы и к соответствующим входам первого и второго RS-триггеров, выходы которых являются выходами устройства.

Введение в заявляемое устройство дополнительных трансформаторов, RS-триггеров и элементов "НЕ" позволило передавать сигналы с длительностью от 2 мкс.

На фигуре приведена схема заявляемого блока трансформаторной развязки.

Блок трансформаторной развязки содержит генератор импульсов 5, первый вход которого является входом устройства, и первый трансформатор 14 с первичной и вторичной обмотками, при этом один вывод первичной обмотки через первый резистор 6, а другой вывод непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов 5, а выводы вторичной обмотки соединены между собой через последовательно соединенные первый диод 22 и второй резистор 30 и заземлены, введены трансформаторы 15, 16, 17, 18, 19, 20 и 21 с первичной и вторичной обмотками, идентичные первому трансформатору 14, резисторы 7-13, 31-37, первая 23-29 и вторая 38 -45 группы диодов, первый 46 и второй 47 RS-триггеры, логические элементы "НЕ" 1-4, инверсные выходы которых соединены с четными входами генератора импульсов 5, нечетные входы которого соединены с прямыми входами логических элементов "НЕ" 1-4 и являются другими входами устройства, при этом один вывод каждой первичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов 15-21 через дополнительно введенный резистор 7-13, а другой вывод этой же обмотки непосредственно соединены с соответствующими выходами генератора импульсов 5, выводы каждой вторичной обмотки дополнительно введенных трансформаторов 15-21 соединены между собой через последовательно соединенные дополнительно введенные диоды первой группы 23-29 и резисторы 31-37 и заземлены, катоды диодов второй группы 38-45 объединены между собой и подключены к шине питания, а аноды подключены к катодам первого 22 и дополнительно введенных диодов первой группы 23-29 и к соответствующим входам первого 46 и второго 47 RS-триггеров, выходы которых являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом:

На вход устройства "Вход 1" подается сигнал в цифровом виде и поступает на первый вход генератора импульсов 5. Этот же сигнал одновременно через элемент "НЕ" 1 подается на второй вход генератора импульсов 5, который включает в себя схему сброса, генератор с выводом подключения внешней емкости, 8 драйверов с противофазными выходами для подключения к обмотке трансформатора. Схема сброса при подаче на вход низкого уровня блокирует работу генератора импульсов 5 и переводит выходы в высокоимпедансное состояние. В рабочем состоянии на вход подается высокий уровень. Генератор импульсов 5 формирует пилообразный сигнал, частота которого зависит от номинала внешнего конденсатора, счетчик делитель на 8 преобразует его в меандр. Драйвер формирует на первом и втором выходах генератора импульсов 5 модулированный сигнал, полученный из сигналов на первом и втором входах генератора импульсов 5 и сигнала со счетчика делителя. Сигналы с первого и второго выходов генератора импульсов 5 через резисторы 6 и 7 поступают на первичные обмотками трансформаторов 14 и 15. Преобразованные сигналы со вторичных обмоток трансформаторов 14 и 15 через диоды 22 и 23 поступают на входы триггера 46, на выходе которого "Выход 1" будет сигнал, идентичный сигналу, поданному на "Вход 1", и не имеющий с ним гальванической связи. Таким образом реализуется работа одного канала в данном устройстве. Работа остальных трех каналов ("Вход 2-Выход 2", "Вход 3-Выход 3","Вход 4-Выход 4") идентична первому.

Для подтверждения практической возможности реализации предлагаемого изобретения и эффекта был изготовлен и испытан макетный образец блока трансформаторной развязки, выполненный по приведенной на фигуре схеме.

Проведенные испытания подтвердили осуществимость заявляемого устройства и возможность передачи сигналов с длительностью от 2 мкс.