CN102103155A - 数控隔离采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数控隔离采样装置，包括隔离采样电路(10)和数字处理器(20)，所述隔离采样电路(10)的信号输入端接收直流电压信号(Vdc)，控制输入端连接到所述数字信号处理器(20)的通用输入输出端口(GPIO)以接收控制信号(Vpulse)；所述隔离采样电路(10)基于所述控制信号(Vpulse)对所述直流电压信号(Vdc)进行隔离采样以生成隔离采样信号(Vsample)；所述数字信号处理器(20)的信号输入端(ADC)连接到所述隔离采样电路(10)的信号输出端以接收所述隔离采样信号(Vsample)。实施本发明的数控隔离采样装置中，能够将数字控制运用到采样电路中，通过数字控制实现隔离采样。
Description
技术领域
本发明涉及数控技术领域，更具体地说，涉及一种数控隔离采样装置。
背景技术
随着数字信号处理芯片的发展，数字控制技术也逐渐运用到电源行业里。采用数字控制，不仅可以简化硬件电路的设计，提高系统可靠性、抗干扰能力，而且易采用先进的控制方法，因而控制灵活。
然而在电源设计中，数字控制主要用在控制回路上。其采样电路，几乎都是由纯硬件电路来实现的，诸如常见的电阻分压采样，变压器隔离采样、霍尔传感器采样、光耦隔离采样等。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的隔离采样电路采用纯硬件电路的缺陷，提供一种能够将数字控制运用到采样电路中，通过数字控制实现隔离采样的数控隔离采样装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种数控隔离采样装置，包括隔离采样电路和数字处理器，其中
所述隔离采样电路的信号输入端接收直流电压信号，控制输入端连接到所述数字信号处理器的通用输入输出端口以接收控制信号；
所述隔离采样电路基于所述控制信号对所述直流电压信号进行隔离采样以生成隔离采样信号；
所述数字信号处理器的信号输入端连接到所述隔离采样电路的信号输出端以接收所述隔离采样信号。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述隔离采样电路包括开关模块和变压器；其中
所述变压器的原边绕组的第一输入端连接到所述隔离采样电路的信号输入端以接收直流电压信号、所述变压器的原边绕组的第二输入端连接到所述开关模块的第一端，所述开关模块的第二端接地，所述开关模块的控制信号输入端连接到所述隔离采样电路的控制输入端以接收所述控制信号；当所述开关模块在所述控制信号的控制下导通时，所述变压器的副边输出隔离采样信号。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述开关模块包括开关管和驱动电路；其中，所述驱动电路的输入端连接到所述开关模块的控制信号输入端以接收控制信号并基于所述控制信号输出隔离驱动信号；所述开关管的栅极连接到所述驱动电路的输出端以接收所述隔离驱动信号并基于所述隔离驱动信号导通或关断，所述开关管的源极接地、漏极连接到所述变压器的原边绕组的第二输入端。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述开关管是金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管；所述驱动电路是隔离驱动电路。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述数字信号处理器包括用于将所述隔离采样信号转换成数字信号的模数转换模块，用于生成所述控制信号的控制信号生成模块和用于调节所述控制信号和所述模数转换模块以使的所述模数转换模块准确获取所述隔离采样信号的调节模块。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述数控隔离采样装置进一步包括用于处理所述隔离采样信号以生成有效隔离采样信号的副边信号处理模块；所述副边信号处理模块的第一输入端连接到所述变压器的副边第一输出端、所述副边信号处理模块的第二输入端连接到所述变压器的副边第二输出端以接收所述隔离采样信号，所述副边信号处理模块的采样信号输出端连接到所述数字信号处理器的信号输入端以输出有效隔离采样信号。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述数控隔离采样装置进一步包括设置在所述变压器的原边绕组的第一输入端和所述变压器的原边绕组的第二输入端之间的第一磁复位电路。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述数控隔离采样装置进一步包括设置在所述开关模块的第一端和所述开关模块的第二端之间的第二磁复位电路。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述副边信号处理模块包括用于处理所述隔离采样信号的比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元、用于滤波所述隔离采样信号的滤波单元或用于钳位所述隔离采样信号的电压的箝位单元。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述副边信号处理模块包括箝位单元和滤波单元，其中所述箝位单元连接到所述变压器的副边以钳位所述隔离采样信号，所述滤波单元连接到所述箝位单元以接收钳位后的隔离采样信号，并对所述钳位后的隔离采样信号进行滤波。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述副边信号处理模块进一步包括所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者，所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述滤波单元以对滤波箝位后的隔离采样信号进行处理。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述副边信号处理模块包括所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者和滤波单元，其中所述滤波单元连接到所述变压器的副边以滤波所述隔离采样信号，所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述滤波单元以对滤波后的隔离采样信号进行处理。
在本发明所述的数控隔离采样装置中，所述副边信号处理模块包括所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者和箝位单元，其中所述箝位单元连接到所述变压器的副边以钳位所述隔离采样信号，所述比例变换单元、比例积分变换单元、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述箝位单元以对箝位后的隔离采样信号进行处理。
实施本发明的数控隔离采样装置中，通过使用隔离采样电路生成隔离采样信号并由数字信号处理器接收该隔离采样信号，使得能够将数字控制运用到采样电路中，通过数字控制实现隔离采样。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的数控隔离采样装置的第一实施例的电路原理框图；
图2是本发明的数控隔离采样装置的第二实施例的电路原理框图；
图3是本发明的数控隔离采样装置的第三实施例的电路原理框图；
图4是本发明的数控隔离采样装置的第四实施例的电路原理框图；
图5是本发明的数控隔离采样装置的第五实施例的电路原理框图。
具体实施方式
图1是本发明的数控隔离采样装置的第一实施例的原理框图。如图1所示，本发明的数控隔离采样装置，包括隔离采样电路10和数字处理器20。
所述隔离采样电路10的信号输入端接收直流电压信号Vdc，控制输入端连接到所述数字信号处理器20的通用输入输出端口GPIO以接收控制信号Vpulse。所述隔离采样电路10基于所述控制信号Vpulse对所述直流电压信号Vdc进行隔离采样以生成隔离采样信号Vsample。所述数字信号处理器20的信号输入端ADC连接到所述隔离采样电路10的信号输出端以接收所述隔离采样信号Vsample。
图1所示的数控隔离采样装置的工作原理如下：数字信号处理器20的通用输入输出端口GPIO发出控制信号Vpulse，所述隔离采样电路10基于所述控制信号Vpulse对所述直流电压信号Vdc进行隔离采样，得到合适的隔离采样信号Vsample，再送回给数字信号处理器20，从而实现对直流电压信号Vdc的采样和控制。即通过数字信号处理器20控制隔离采样电路10，在需要采样时进行采样。
在本发明的各个实施例中，所述隔离采样电路10可以是任何类型的隔离采样电路。本领域中已知的各种隔离采样电路都可以用于本发明。本发明在此不受隔离采样电路的类型的限制。所述数字信号处理器20可以从该隔离采样电路10接收模拟的隔离采样信号Vsample，并将其进行模数转换，从而实现数字化采样和控制。在本发明的下列实施例中，示出了优选的隔离采样电路和数字信号处理器。
图2是本发明的数控隔离采样装置的第二实施例的电路原理框图。如图2所示，本发明的数控隔离采样装置，包括隔离采样电路10和数字处理器20。其中，所述隔离采样电路10包括开关模块100和变压器T1。
所述变压器T1的原边绕组的第一输入端连接所述隔离采样电路10的信号输入端以接收直流电压信号Vdc。所述变压器T1的原边绕组的第二输入端连接所述开关模块100的第一端。所述开关模块100的第二端接地。所述开关模块100的控制信号输入端连接所述隔离采样电路10的控制输入端以接收所述控制信号Vpulse。
其工作原理如下，数字信号处理器20的通用输入输出端口GPIO发出控制信号Vpulse。所述开关模块100的控制信号输入端接收所述控制信号Vpulse，并基于所述控制信号Vpulse导通或关断。当所述开关模块100在所述控制信号Vpulse的控制下导通时，所述变压器T1的副边输出隔离采样信号Vsample。该隔离采样信号Vsample经所述数字信号处理器20的信号输入端ADC返回所述数字信号处理器20。
在图2示出的实施例中，所述开关模块100可以是受驱动电路驱动的功率开关器件，也可以是由用户手动或自动控制闭合和关断的智能开关模块，甚至也可以是普通的手动或自动开关器件。在本发明的一个优选实施例中，所述开关管Q1可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，也可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，还可以是其他功率开关器件，其驱动电路可以是隔离驱动电路或者非隔离驱动电路。
图3是本发明的数控隔离采样装置的第三实施例的电路原理框图。
如图3所示，本发明的数控隔离采样装置，包括隔离采样电路10和数字处理器20。其中，所述隔离采样电路10包括变压器T1、金属氧化物半导体场效应晶体管Q1、驱动电路101和副边信号处理模块200。所述数字信号处理器20包括模数转换模块21、控制信号生成模块22和调节模块23。
如图3所示，所述变压器T1的原边绕组的第一输入端连接直流电压信号Vdc，所述变压器T1的原边绕组的第二输入端连接所述金属氧化物半导体场效应晶体管Q1的漏极。所述金属氧化物半导体场效应晶体管Q1的源极接地。
所述驱动电路101的输入端从所述控制信号生成模块22接收控制信号Vpulse并基于所述控制信号Vpulse输出隔离驱动信号。
所述金属氧化物半导体场效应晶体管Q1的栅极以接收所述隔离驱动信号并基于所述隔离驱动信号导通或关断。
所述变压器T1的副边绕组输出隔离采样信号Vsample。所述副边信号处理模块200接收所述隔离采样信号Vsample并根据实际情况对其进行必要的处理，随后输出有效隔离采样信号V’sample。所述模数转换模块21经所述数字信号处理器20的信号输入端ADC接收有效隔离采样信号V’sample，并对其进行模数转换。所述数字信号处理器20中的调节模块23可以很好调整控制信号Vpulse和模数转换模块21，使模数转换模块21有效、准确地在金属氧化物半导体场效应晶体管Q1开通期间，获得有效隔离采样信号V’sample，实现对直流电压信号Vdc的隔离采样。
下面对本实施例的数控隔离采样装置的工作原理进行说明：
信号生成模块22通过数字信号处理器20的通用输入输出端口GPIO发出控制信号Vpulse，经驱动电路101控制金属氧化物半导体场效应晶体管Q1的导通和关断。在金属氧化物半导体场效应晶体管Q1导通期间，直流电压信号Vdc经变压器他隔离及电压变换，再经副边信号处理模块200进行处理，得到有效隔离采样信号V’sample。该有效隔离采样信号V’sample经所述数字信号处理器20的信号输入端ADC发送到模数转换模块21。调节模块23可以很好调整控制信号Vpulse和模数转换模块21，使模数转换模块21有效、准确地在金属氧化物半导体场效应晶体管Q1开通期间，获得有效隔离采样信号V’sample，实现对直流电压信号Vdc的隔离采样。
在本实施例中，所述副边信号处理模块200的引入是为了对从变压器T1的副边接收到的隔离采样信号进行处理，以便于获得适合下级电路使用的有效隔离采样信号。
因此该副边信号处理模块200中可以包括连接到所述变压器T1的副边以用于处理所述隔离采样信号的比例变换单元201、比例积分变换单元202、比例积分微分变换单元、用于滤波所述隔离采样信号的滤波单元204或用于钳位所述隔离采样信号的电压的箝位单元205。
例如，当需要对隔离采样信号进行比例变换处理时，可采用比例变换单元201。当需要对隔离采样信号进行比例积分变换时，可采用比例积分变换单元202。当需要对隔离采样信号进行比例积分微分变换时，可采用比例积分微分变换单元。本领域可根据实际需要进行选择。当需要对隔离采样信号进行滤波时，可将所述滤波单元204连接到所述变压器T1的副边，用于滤波所述隔离采样信号Vsample。当需要对隔离采样信号进行箝位时，可将箝位单元205连接到所述变压器T1的副边，用于箝位所述隔离采样信号Vsample。
在本发明的其他优选实施例中，所述副边信号处理模块200包括所述比例变换单元201、比例积分变换单元202、比例积分微分变换单元中的一者和所述滤波单元204。比如，当所述副边信号处理模块200包括滤波单元204和比例变换单元201时，所述滤波单元204连接到所述变压器T1的副边，用于滤波所述隔离采样信号，所述比例变换单元201从所述滤波单元204接收滤波后的隔离采样信号，并对滤波后的隔离采样信号进行比例变换。
在本发明的其他优选实施例中，所述副边信号处理模块200包括所述比例变换单元201、比例积分变换单元202、比例积分微分变换单元中的一者和所述箝位单元205。比如，当所述副边信号处理模块200包括箝位单元205和比例变换单元201时，所述箝位单元205连接到所述变压器T1的副边，用于箝位所述隔离采样信号，所述比例变换单元201从所述箝位单元205接收箝位后的隔离采样信号，并对所述箝位后的隔离采样信号进行比例变换。
在本发明的另一类优选实施例中，所述副边信号处理模块200可只包括所述箝位单元205和滤波单元204，其中所述箝位单元205连接到所述变压器T1的副边以钳位所述隔离采样信号，所述滤波单元204连接到所述箝位单元205以接收钳位后的隔离采样信号，并对所述钳位后的隔离采样信号进行滤波。
在本发明的更优选的实施例中，所述副边信号处理模块200进一步包括所述比例变换单元201、比例积分变换单元202、比例积分微分变换单元中的一者、所述滤波单元204和所述箝位单元205。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，所述副边信号处理模块200可包括比例变换单元201、滤波单元204和箝位单元205。在该实施例中，所述箝位单元205连接到所述变压器T1的副边，用于箝位所述隔离采样信号Vsample。接着，由滤波单元204对箝位所述隔离采样信号Vsample进行滤波，生成箝位滤波隔离采样信号Vsample”。所述比例变换单元201接收所述箝位滤波隔离采样信号Vsample”对其进行比例变化，以输出处理后的有效隔离采样信号Vsample’。
在本发明的其他实施例中，可以采用比例积分变换单元202(如图5所示)或比例积分微分变换单元203来替代比例变换单元201。
在此，本领域技术人员已知并能够获得上述比例变换单元201、比例积分变换单元202、比例积分微分变换单元、滤波单元204和箝位单元205。本领域中已知的任何上述功能模块都可以用于本发明，在此就不再对其结构进行累述了。此外，本领域技术人员可根据实际需要，选择任何已知的信号处理单元对隔离采样信号Vsample进行所需的处理以使其更好地适应模数转换模块201的需要。
在本发明的简化实施例中，可通过调整变压器T1的原边和副边绕组的匝数比使得变压器T1的副边输出的隔离采样信号Vsample无需进行下一步的处理，就可以供模数转换模块201的检测和控制使用。
图4是本发明的数控隔离采样装置的第四实施例的电路原理框图。
如图4所示，为了变压器T1能够安全可靠工作，在开关管Q1关断时，需要进行磁复位。因此，在变压器T1的原边绕组的第一输入端和原边绕组的第二输入端之间设置有第一磁复位电路300。
图5是本发明的数控隔离采样装置的第五实施例的电路原理框图。
如图5所示，可将第二磁复位电路400设置在在开关管Q1的源极和漏极之间，进而保证变压器T1能够安全可靠工作。
在本发明中，可以使用现有技术中已知的任何磁复位电路，本领域技术人员知悉并能够获得各种磁复位电路，在此就不再进行累述。
实施本发明的数控隔离采样装置，能够将数字控制运用到采样电路中，通过数字控制实现隔离采样。此外，还使用到了磁复位电路，保证了变压器能够安全可靠的工作，进而确保了整个数控隔离采样装置的稳定和可靠。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (13)
1.一种数控隔离采样装置，其特征在于，包括隔离采样电路(10)和数字处理器(20)，其中
所述隔离采样电路(10)的信号输入端接收直流电压信号(Vdc)，控制输入端连接到所述数字信号处理器(20)的通用输入输出端口(GPIO)以接收控制信号(Vpulse)；
所述隔离采样电路(10)基于所述控制信号(Vpulse)对所述直流电压信号(Vdc)进行隔离采样以生成隔离采样信号(Vsample)；
所述数字信号处理器(20)的信号输入端(ADC)连接到所述隔离采样电路(10)的信号输出端以接收所述隔离采样信号(Vsample)。
2.根据权利要求1所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述隔离采样电路(10)包括开关模块(100)和变压器(T1)；其中
所述变压器(T1)的原边绕组的第一输入端连接到所述隔离采样电路(10)的信号输入端以接收直流电压信号(Vdc)，所述变压器(T1)的原边绕组的第二输入端连接到所述开关模块(100)的第一端，所述开关模块(100)的第二端接地，所述开关模块(100)的控制信号输入端连接到所述隔离采样电路(10)的控制输入端以接收所述控制信号(Vpulse)；当所述开关模块(100)在所述控制信号(Vpulse)的控制下导通时，所述变压器(T1)的副边输出隔离采样信号(Vsample)。
3.根据权利要求2所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述开关模块(100)包括开关管(Q1)和驱动电路(101)；其中，所述驱动电路(101)的输入端连接到所述开关模块(100)的控制信号输入端以接收控制信号(Vpulse)并基于所述控制信号(Vpulse)输出隔离驱动信号；所述开关管(Q1)的栅极连接到所述驱动电路(101)的输出端以接收所述隔离驱动信号并基于所述隔离驱动信号导通或关断，所述开关管(Q1)的源极接地、漏极连接到所述变压器(T1)的原边绕组的第二输入端。
4.根据权利要求3所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述开关管(Q1)是金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管；所述驱动电路(101)是隔离驱动电路。
5.根据权利要求1所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述数字信号处理器(20)包括用于将所述隔离采样信号(Vsample)转换成数字信号的模数转换模块(21)，用于生成所述控制信号(Vpulse)的控制信号生成模块(22)和用于调节所述控制信号(Vpulse)和所述模数转换模块(21)以使的所述模数转换模块(21)准确获取所述隔离采样信号(Vsample)的调节模块(23)。
6.根据权利要求1所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述数控隔离采样装置进一步包括用于处理所述隔离采样信号(Vsample)以生成有效隔离采样信号(V’sample)的副边信号处理模块(200)；所述副边信号处理模块(200)的第一输入端连接到所述变压器(T1)的副边第一输出端、所述副边信号处理模块(200)的第二输入端连接到所述变压器(T1)的副边第二输出端以接收所述隔离采样信号(Vsample)，所述副边信号处理模块(200)的采样信号输出端连接到所述数字信号处理器(20)的信号输入端(ADC)以输出有效隔离采样信号(V’sample)。
7.根据权利要求3所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述数控隔离采样装置进一步包括设置在所述变压器(T1)的原边绕组的第一输入端和所述变压器(T1)的原边绕组的第二输入端之间的第一磁复位电路(300)。
8.根据权利要求3所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述数控隔离采样装置进一步包括设置在所述开关模块(100)的第一端和所述开关模块(100)的第二端之间的第二磁复位电路(400)。
9.根据权利要求6所述的数控隔离采样装置，其特征在于，所述副边信号处理模块(200)包括用于处理所述隔离采样信号(Vsample)的比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元、用于滤波所述隔离采样信号(Vsample)的滤波单元(204)或用于钳位所述隔离采样信号(Vsample)的电压的箝位单元(205)。
10.根据权利要求6所述的直流电压隔离采样装置，其特征在于，所述副边信号处理模块(200)包括箝位单元(205)和滤波单元(204)，其中所述箝位单元(205)连接到所述变压器(T1)的副边以钳位所述隔离采样信号(Vsample)，所述滤波单元(204)连接到所述箝位单元(205)以接收钳位后的隔离采样信号(Vsample)，并对所述钳位后的隔离采样信号(Vsample)进行滤波。
11.根据权利要求10所述的直流电压隔离采样装置，其特征在于，所述副边信号处理模块(200)进一步包括所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者，所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述滤波单元(204)以对滤波箝位后的隔离采样信号(Vsample)进行处理。
12.根据权利要求6所述的直流电压隔离采样装置，其特征在于，所述副边信号处理模块(200)包括所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者和滤波单元(204)，其中所述滤波单元(204)连接到所述变压器(T1)的副边以滤波所述隔离采样信号(Vsample)，所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述滤波单元(204)以对滤波后的隔离采样信号(Vsample)进行处理。
13.根据权利要求6所述的直流电压隔离采样装置，其特征在于，所述副边信号处理模块(200)包括所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者和箝位单元(205)，其中所述箝位单元(205)连接到所述变压器(T1)的副边以钳位所述隔离采样信号(Vsample)，所述比例变换单元(201)、比例积分变换单元(202)、比例积分微分变换单元中的一者连接到所述箝位单元(205)以对箝位后的隔离采样信号(Vsample)进行处理。
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