一种低电压微功率电源隔离模块论文和设计-包淑琼

全文摘要

本实用新型实施例公开一种低电压微功率电源隔离模块，原边电压输入侧包括控制电路、振荡电路和输入电路，控制电路连接振荡电路，振荡电路连接输入电路；输入电路包括与变压器连接的电感L1和电感L2，电感L1连接有三极管Q1，电感L2连接有三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2用于选择电感L1和电感L2的工作状态；副边电压输出侧包括输出电路，输出电路包括与变压器连接的电感L5和电感L6，电感L5和电感L6连接有整流管D1，整流管D1连接有滤波电容C2，电感L5和电感L6还连接有假性负载R3，假性负载R3连接整流管D1和滤波电容C2，解决微功率(小于10mW)、高效率的电源隔离需求。

主设计要求

1.一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，包括变压器，所述变压器设有原边电压输入侧和副边电压输出侧，所述原边电压输入侧包括控制电路、振荡电路和输入电路，所述控制电路连接所述振荡电路，所述振荡电路连接所述输入电路；所述输入电路包括与所述变压器连接的电感L1和电感L2，所述电感L1连接有三极管Q1，所述电感L2连接有三极管Q2，所述三极管Q1和三极管Q2用于选择所述电感L1和电感L2的工作状态；所述副边电压输出侧包括输出电路，所述输出电路包括与所述变压器连接的电感L5和电感L6，所述电感L5和电感L6连接有整流管D1，所述整流管D1连接有滤波电容C2，所述电感L5和电感L6还连接有假性负载R3，所述假性负载R3连接所述整流管D1和滤波电容C2。

设计方案

所述副边电压输出侧包括输出电路，所述输出电路包括与所述变压器连接的电感L5和电感L6，所述电感L5和电感L6连接有整流管D1，所述整流管D1连接有滤波电容C2，所述电感L5和电感L6还连接有假性负载R3，所述假性负载R3连接所述整流管D1和滤波电容C2。

2.根据权利要求1所述的一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，所述原边电压输入侧设有继电器J2，所述继电器J2的引脚连接所述控制电路和振荡电路，所述控制电路和振荡电路之间连接有电容C4。

3.根据权利要求2所述的一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，控制电路包括电阻R1、三级管Q3、电阻R4、电阻R5和电容C3；所述电阻R4、电容C3连接所述继电器J2的引脚，所述电阻R5连接所述电阻R4，所述三级管Q3连接所述电阻R4和电阻R5，三级管Q3还连接所述电阻R1。

4.根据权利要求3所述的一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，所述振荡电路包括电阻R2、滤波电容C1、电感L3和电感L4，所述电阻R2连接所述电阻R1，所述滤波电容C1连接继电器J2的引脚，所述电感L3和电感L4的公共端连接所述电阻R2和滤波电容C1；所述电感L3连接所述三极管Q2，所述电感L4连接所述三极管Q1。

5.根据权利要求1所述的一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，所述副边电压输出侧设有继电器J1，所述继电器J1的引脚连接所述电感L5、电感L6、整流管D1和假性负载R3。

6.根据权利要求1所述的一种低电压微功率电源隔离模块，其特征在于，所述变压器的磁芯采用TP4W或DMR50高频类型。

设计说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及电气隔离技术领域，具体涉及一种低电压微功率电源隔离模块。

背景技术

传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。而常见的类型有功率变送器，电流电压变送器等等。在开发低功耗的智能两线制变送器时，仪器内部的微功率电源设计十分关键。

在开发低功耗的智能两线制变送器时，仪器内部的微功率电源设计十分关键。一般情况下具有微处理器的智能变送器要满足微控制器、A\/D、D\/A及通讯电路的供电，需要比普通4～20mA变送器更大的功率，需要内部电源具有更高的供电效率。

目前，很多电器件应用场合需要电气隔离，且对电路功耗有严格要求，如在4-20mA工业仪表中的传感器供电电路。现有技术中，缺少低于10mW的微功率隔离电路技术方案，因为隔离效率不足，很少有用电效率超过40％的方案。特别是在多传感器供电场合，有循环供电的需求，工业仪表有本质安全防爆的需求，现有方案缺少电源控制电路，本质安全防爆性能差。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种低电压微功率电源隔离模块，应用在需要电气隔离且对电路功耗有严格要求的场合，解决微功率(小于10mW)、高效率的电源隔离需求，解决工业仪表设计中对电源电路的防爆需求。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种低电压微功率电源隔离模块，包括变压器，所述变压器设有原边电压输入侧和副边电压输出侧，所述原边电压输入侧包括控制电路、振荡电路和输入电路，所述控制电路连接所述振荡电路，所述振荡电路连接所述输入电路；所述输入电路包括与所述变压器连接的电感L1和电感L2，所述电感L1连接有三极管Q1，所述电感L2连接有三极管Q2，所述三极管Q1和三极管Q2用于选择所述电感L1和电感L2的工作状态；

作为低电压微功率电源隔离模块，所述原边电压输入侧设有继电器J2，所述继电器J2的引脚连接所述控制电路和振荡电路，所述控制电路和振荡电路之间连接有电容C4。

作为低电压微功率电源隔离模块，控制电路包括电阻R1、三级管Q3、电阻R4、电阻R5和电容C3；所述电阻R4、电容C3连接所述继电器J2的引脚，所述电阻R5连接所述电阻R4，所述三级管Q3连接所述电阻R4和电阻R5，三级管Q3还连接所述电阻R1。

作为低电压微功率电源隔离模块，所述振荡电路包括电阻R2、滤波电容C1、电感L3和电感L4，所述电阻R2连接所述电阻R1，所述滤波电容C1连接继电器J2的引脚，所述电感L3和电感L4的公共端连接所述电阻R2和滤波电容C1；所述电感L3连接所述三极管Q2，所述电感L4连接所述三极管Q1。

作为低电压微功率电源隔离模块，所述副边电压输出侧设有继电器J1，所述继电器J1的引脚连接所述电感L5、电感L6、整流管D1和假性负载R3。

作为低电压微功率电源隔离模块，所述变压器的磁芯采用TP4W或DMR50高频类型。

本实用新型实施例具有如下优点：在两线制4-20mA工业仪表设计中，对传感和变送部分做电气隔离，是解决现场干扰问题的主要做法，此类仪表，对隔离模块的要求很高，必须具有微功率、高效率、宽温以及本安防爆的性能。本实用新型原边电压输入侧包括控制电路、振荡电路和输入电路，控制电路连接振荡电路，振荡电路连接输入电路；输入电路设有与变压器连接的电感L1和电感L2，电感L1连接有三极管Q1，电感L2连接有三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2用于选择电感L1和电感L2的工作状态；输出电路设有与变压器连接的电感L5和电感L6，电感L5和电感L6连接有整流管D1，整流管D1连接有滤波电容C2，电感L5和电感L6还连接有假性负载R3，假性负载R3连接整流管D1和滤波电容C2。本实用新型技术方案可以解决该痛点，适用范围广，可用于如温度、压力、气体检测等多种类型的工业仪表。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种低电压微功率电源隔离模块电路示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种低电压微功率电源隔离模块，包括变压器1，所述变压器1设有原边电压输入侧2和副边电压输出侧3，所述原边电压输入侧2包括控制电路、振荡电路和输入电路，所述控制电路连接所述振荡电路，所述振荡电路连接所述输入电路；所述输入电路包括与所述变压器1连接的电感L1和电感L2，所述电感L1连接有三极管Q1，所述电感L2连接有三极管Q2，所述三极管Q1和三极管Q2用于选择所述电感L1和电感L2的工作状态。所述副边电压输出侧3包括输出电路，所述输出电路包括与所述变压器1连接的电感L5和电感L6，所述电感L5和电感L6连接有整流管D1，所述整流管D1连接有滤波电容C2，所述电感L5和电感L6还连接有假性负载R3，所述假性负载R3连接所述整流管D1和滤波电容C2。

具体的，所述原边电压输入侧2设有继电器J2，所述继电器J2的引脚连接所述控制电路和振荡电路，所述控制电路和振荡电路之间连接有电容C4。控制电路包括电阻R1、三级管Q3、电阻R4、电阻R5和电容C3；所述电阻R4、电容C3连接所述继电器J2的引脚，所述电阻R5连接所述电阻R4，所述三级管Q3连接所述电阻R4和电阻R5，三级管Q3还连接所述电阻R1。所述振荡电路包括电阻R2、滤波电容C1、电感L3和电感L4，所述电阻R2连接所述电阻R1，所述滤波电容C1连接继电器J2的引脚，所述电感L3和电感L4的公共端连接所述电阻R2和滤波电容C1；所述电感L3连接所述三极管Q2，所述电感L4连接所述三极管Q1。所述副边电压输出侧3设有继电器J1，所述继电器J1的引脚连接所述电感L5、电感L6、整流管D1和假性负载R3。所述变压器1的磁芯采用TP4W或DMR50高频类型。

具体的，本实施例的技术设计参数如表1：

通过本技术方案实现微功率隔离的关键是变压器1的原边电感量要足够大，本设计实例中，要实现原边电流1mA激励，其理论电感量不能低于6mH。大电感会带来一系列问题，比如成品尺寸过大、起振困难导致工作不可靠。另外，在工业仪表设计中，大电感量会导致电路达不到本质安全的要求。

本技术方案实现高效率的关键是振荡频率需要足够高，本例中设计典型效率60％，振荡频率不能低于300KHz。高频振荡对磁芯要求较高，需要选择支持高频的类型。同时，外围器件尤其是三极管Q1、三极管Q2也必须相应匹配。为解决微功率高效率而带来的一系列问题，针对本设计案例，设计核心点：假性负载R3是可靠工作的关键，阻值不能过大或过小。隔离模块需要灌封处理。通过灌封模块，实现防爆设计。如果采用常规的本安设计方式，会导致模块成品尺寸过大。电路参数需要恰当匹配，本例的电路参数恰到好处。如果匹配不当会导致高温或低温时工作不可靠。

本实用新型实施例中，在两线制4-20mA工业仪表设计中，对传感和变送部分做电气隔离，是解决现场干扰问题的主要做法，此类仪表，对隔离模块的要求很高，必须具有微功率、高效率、宽温以及本安防爆的性能。本实用新型采用推挽激励方式，三极管Q1和三极管Q2用于选择工作电感L1和电感L2，同一时刻只有一个电感选通。器件电阻R2、滤波电容C1、电感L3和电感L4构成振荡电路，振荡频率约300KHz。变压器1磁芯选择高频类型，如TP4W或DMR50。变压器1原边电感量6.6mH，采用线径0.05mm漆包线绕制，原副边匝数比73：58。电阻R1、三级管Q3、电阻R4、电阻R5和电容C3构成控制电路，当引脚“P-CTR”置高电平(≥3V)时，振荡电路停振，输出电压降至0.2V以下，即模块失效。“P-CTR”置低电平时，OSC恢复振荡，模块正常工作。副边电感L5\/L6，与整流管D1、滤波电容C2构成输出电路；电阻R3为假性负载，用于确保振荡电路可靠起振。本实用新型技术方案可以解决该痛点，适用范围广，可用于如温度、压力、气体检测等多种类型的工业仪表。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

设计图

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