专利名称：极性和幅值可调的隔离脉冲电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲电源，特别是涉及一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源。
背景技术：
通常，在制作极性和幅值可调的隔离脉冲电源时，需要通过变压器把交流传输到次 级并整流、滤波，然后通过通讯把指令传输到次级的微控制器，再由微控制器控制输出 脉冲的极性和幅值。这种方式无疑很复杂。稍简单一点的是，通过变压器把交流传输到 次级并整流、滤波，然后通过继电器控制输出端的极性。后一种方式仍然需要一个控制 通道，且需要较强的能量去控制继电器，特别是在次级与次级在空间有一定距离时，且 不可能有线路连接，如在人体或动物体外控制植入式的脉冲电源时，这两种方式均难以 实现极性和幅值可调的隔离脉冲电源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在空间具有一定距离时，也可以调整极性 和幅值的极性和幅值可调的隔离脉冲电源。
本发明所采用的技术方案是 一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔 离和传输能量和控制信息的隔离变压器，还设置有分别与隔离变压器的输出端相连，用
于全波整流的第一二极管和第二二极管；连接在第一.二极管和第二二极管之间，用于电 源储能和滤波的电容；分别与隔离变压器的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻 和第二电阻；以及分别与第一二极管和第二二极管的负极、电容的另一端、第一电阻和 第二电阻的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器。 所述的双稳态触发器通过缓冲放大器和连接负载。
所述的双稳态触发器包括有第三、第四三极管，第五至第八电阻，所述的第七电阻 的一端连接第一二极管的负极，另一端分别连接第一电阻和第六电阻的一端以及第三三 极管的集电极，所述的第八电阻的一端连接第二二极管的负极，另一端分别连接第二电 阻和第五电阻的一端以及第四三极管的集电极，所述的第五电阻的另一端连接第三三极 管的基极，第六电阻的另一端连接第四三极管的基极，所述的第三三极管和第四三极管 的发射极接地。
所述的双稳态触发器中，还可由第一、第二三极管及第三、第四偏置基极电阻替换 所述的第七电阻和第八电阻，其中，第一、第二三极管的发射极分别对应连接第一、第 二二极管的负极，第一、第二三极管的集电极分别对应连接第三、第四三极管的集电极， 第三偏置基极电阻连接在第一三极管的基极和第二三极管的集电极之间，第四偏置基极电阻连接在第二三极管的基极和第一三极管的集电极之间。
所述的双稳态触发器是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管构成的桥式对称双稳态触 发器。
还采用第五至第八绝缘栅场效应晶体管构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳态触 发器和负载。 .
所述的双稳态触发器包括有第一反相器和第二反相器，其中，第一反相器和第二反 相器的正相端分别对应连接第一电阻和第二电阻，第一反相器和第二反相器的反相端共 同构成输出端，第一反相器的正相端连接第二反相器的反相端，第二反相器的正相端连 接第一反相器的反相端。
所述的构成双稳态触发器的输出端分别对应通过第三反相器、第四反相器连接负载。
本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，具有结构简单、成本低廉、效率高、体 积小、无需调试等优点。
图1是本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源的原理图； 图2 (a)是本发明输入脉冲图2 (b)是本发明输出脉冲图； * 图3是本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源第二实施例的原理图； 图4是本发明中给出双稳触发器的第一实施例的原理图； 图5是本发明中给出双稳触发器的第二实施例的原理图； 图6是本发明中给出双稳触发器的第三实施例的原理图； 图7是本发明中给出双稳触发器的第四实施例的原理图； 图8是本发明中给出双稳触发器的第五实施例的原理图； 图9是本发明中给出双稳触发器的第六实施例的原理图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源做出详细说明。 如图1所示，本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能 量和控制信息的隔离变压器B，还设置有分别与隔离变压器B的输出端相连，用于全波整
流的第一二极管"和第二二极管D2;连接在第一二极管D,和第二二极管D2之间，用于电
源储能和滤波的电容C;分别与隔离变压器B的输出端相连，用于传递触发信号的第一电 阻R,和第二电阻R2;以及分别与第一二极管Di和第二二极管D2的负极、电容C的另一端、 第一电阻R,和第二电阻R2的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发 器FF"
在图1所示的电路中，在输入K。为图2 (a)所示的输入脉冲时，电路的输出Kw如图2 (b)所示的脉冲，且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。
假定当输入l为图2 (a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为 正极性，因此在变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给电容 C充电作为双稳态触发器FF,的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻仏输入 到双稳态触发器FF,的S端，使双稳态触发器FFi的Q输出端输出高电平，由于S端与Q 端连接在一起，保证了双稳态触发器FF稳定地保持Q输出端输出高电平(接近电容C上 的电压，且这个电压与输入脉冲幅值成正比)，5端输出低电平。同样由于R端与^端 连接在一起，即使隔离变压器B的次级出现反相的脉冲，双稳态触发器FR不会出现翻转。 只有当脉冲波群消失后，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器FF。没有电源而Q与^
端均无输出。在第二个脉冲波群到来时，由于其第一个脉冲仍然为正极性，因此，电路 重复上述动作。
在第三个脉冲波群到来时，由于其第一个脉冲为负极性，由于电路的对称性，不难分 析，双稳态触发器FR稳定地保持Q输出端输出低电平，g端输出高电平，且与输入脉 冲的幅值成正比。
如图3所示，为了避免负载对电路触发可靠性的影响，可以在电路的输出端接上缓 冲放大器BF,和BF2，使所述的双稳态触发器FR通过缓冲放大器BF,和BF2连接负载。
如图4所示，所述的双稳态触发器FR包括有第三、第四三极管T3、 T4，第五至第八 电阻fc、 R6、 R7和fc，所述的第七电阻R7的一端连接第一二极管D'的负极，另一端分别 连接第一电阻Rt和第六电阻Re的一端以及第三三极管L的集电极，所述的第八电阻R8 的一端连接第二二极管D2的负极，另一端分别连接第二电阻Ri和第五电阻R5的一端以及 第四三极管T4的集电极，所述的第五电阻R5的另一端连接第三三极管T3的基极，第六电 阻R6的另一端连接第四三极管T4的基极，所述的第三三极管T3和第四三极管T4的发射极 接地。
在输入K。为图2 (a)所示的输入脉冲时，电路的输出L如图2 (b)所示的脉冲， 且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。
假定当输入Kn为图2 (a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为 正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给 电容C充电作为双稳态触发器FF的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻 R,抬升第三三极管T3的集电极电位，并通过第五电阻R5输入第四三极管T4和抬升其基极 电位。与此相反，第三三极管T3的基极和第四三极管T4的集电极却得到的是负脉冲，因 此，在电容C充电到最高值和在脉冲波群的第一个负极性脉冲到来之前，第三三极管T3 和第四三极管T4等构成的双稳态触发器FF,已经建立并维持在第三三极管L集电极为高 电平，第四三极管L集电极为低电位的稳定状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如 何，都改变不了电路的状态，只不过是通过第一二极管Dt和第二二极管D2继续给电容C出，直到脉冲波群消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳 态触发器FFi不再有输出为止。电路在新的脉冲波群到来之后，又将按上述过程工作。
通过上面的分析可以得出由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群 的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。
如图5所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，所述的双稳态触发器FF,中， 还可由第一、第二三极管Th L及第三、第四偏置基极电阻R3、 R4替换所述的第七电阻 R7和第八电阻Rs，其中，第一、第二三极管T,、 T2的发射极分别对应连接第一、第二二极 管Di、 D2的负极，第一、第二三极管L、 T2的集电极分别对应连接第三、第四三极管T3、 L的集电极，第三偏置基极电阻R3连接在第一三极管L的基极和第二三极管L的集电极 之间，第四偏置基极电阻R4连接在第二三极管T2的基极和第一三极管L的集电极之间。
如图6所示，所述的双稳态触发器FR是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管G" G2、 G3、 G4构成的桥式对称双稳态触发器。
在输入L为图2 (a)所示的输入脉冲时，电路的输出L如图2 (b)所示的脉冲， 且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。
假定当输入l为图2 (a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为 正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给 电容C充电作为双稳态触发器FF,的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻 R,抬升第一和第三绝缘栅场效应晶体管^和G3的栅极、第二和第四绝缘栅场效应晶体管 G2和G4的漏极电位。与此相反，第一和第三绝缘栅场效应晶体管G,和G3漏极、第二和第 四G2和T4的栅极却得到的是负脉冲。因此，在电容C充电到最高值和在脉冲波群的第一 个负极性脉冲到来之前，第一至第四绝缘栅场效应晶体管&、 G2、 G3和G4构成的桥式对称 双稳态触发器已经建立并维持在第三绝缘栅场效应晶体管G3漏极为低电平，第四绝缘栅 场效应晶体管G4漏极为高电位的稳定状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如何，都 改变不了电路的状态，只不过是通过第一二极管仄和第二二极管D2继续给电容C充电， 继续维持电路的稳态输出，直到脉冲波群消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发 器FF,不再有输出为止。电路在新的脉冲波群到来之后，又将按上述过程工作。
通过上面的分析可以得出由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群 的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。
如图7所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，还可采用第五至第八绝缘栅场 效应晶体管Gs、 G6、 G7、 Gs构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳态触发器FF,和负载。
如图8所示，所述的双稳态触发器FR包括有第一反相器Id和第二反相器IC2，其中， 第一反相器Id和第二反相器IC2的正相端分别对应连接第一电阻R,和第二电阻R2，第一 反相器Id和第二反相器IC2的反相端共同构成输出端，第一反相器Id的正相端连接第 二反相器IG的反相端，第二反相器IC2的正相端连接第一反相器IC,的反相端。
在输入l为图2 (a)所示的输入脉冲时，电路的输出L如图2 (b)所示的脉冲，
7且其幅值与输入脉冲的幅值成正比。
假定当输入^为图2 (a)所示的第一个脉冲波群时，这个脉冲波群的第一个脉冲为 正极性，因此在隔离变压器B的次级出现所标示极性的脉冲，则第一二极管D1导通并给 电容C充电作为双稳态触发器FFi的电源，与此同时，该脉冲在第一时间通过第一电阻 ^抬升第一反相器Id的输入端和第二反相器IC2的输出端。与此相反，第一反相器Id 的输出端和第二反相器IC2的输入端却得到的是负脉冲。因此，在电容C充电到最高值和 在脉冲波群的第一个负极性脉冲到来之前，第一反相器ICi和第二反相器IG构成的双稳 态触发器已经建立并维持第一反相器Id输出低电平，第二反相器IC2输出高电位的稳定 状态。所以后面到来的脉冲，无论其极性如何，都改变不了电路的状态，只不过是通过 第一、第二二极管Di和D2继续给电容C充电，继续维持电路的稳态输出，直到脉冲波群 消失，电容C上的电荷消耗殆尽，双稳态触发器不再有输出为止。电路在新的脉冲波群 到来之后，又将按上述过程工作。
通过上面的分析可以得出由于电路的对称性，电路输出脉冲的极性由输入脉冲波群 的第一个脉冲的极性所决定，而脉冲的幅值则与输入脉冲波群的幅值成正比。
如图9所示，为了提高电路的输出能力和工作可靠性，还可将所述的构成双稳态触 发器FF,的输出端分别对应通过第三反相器IC3、第四反相器IC4连接负载。
权利要求
1. 一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器(B)，其特征在于，还设置有分别与隔离变压器(B)的输出端相连，用于全波整流的第一二极管(D1)和第二二极管(D2)；连接在第一二极管(D1)和第二二极管(D2)之间，用于电源储能和滤波的电容(C)；分别与隔离变压器(B)的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；以及分别与第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的负极、电容(C)的另一端、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器(FF1)。
2. 根据权利要求l所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双 稳态触发器(FFJ通过缓冲放大器(BFJ和(BF2)连接负载。
3. 根据权利要求l所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双 稳态触发器(FF,)包括有第三、第四三极管(T3、 T4)，第五至第八电阻(R5、 R6、 R7和 R8)，所述的第七电阻(R7)的一端连接第一二极管(D,)的负极，另一端分别连接第一 电阻(RJ和第六电阻(R6)的一端以及第三三极管(T3)的集电极，所述的第八电阻(R8) 的一端连接第二二极管(D2)的负极，另一端分别连接第二电阻(R,)和第五电阻(R5) 的一端以及第四三极管(T4)的集电极，所述的第五电阻(R5)的另一端连接第三三极管(T3)的基极，第六电阻(R6)的另一端连接第四三极管(T4)的基极，所述的第三三极 管(T3)和第四三极管(T4)的发射极接地。
4. 根据权利要求3所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双 稳态触发器(FFJ中，还可由第一、第二三极管(T\、 T2)及第三、第四偏置基极电阻(R3、 R4)替换所述的第七电阻(RO和第八电阻(R8)，其中，第一、第二三极管(L、 T2)的 发射极分别对应连接第一、第二二极管(D,、 D2)的负极，第一、第二三极管(T\、 T2) 的集电极分别对应连接第三、第四三极管(T3、 T4)的集电极，第三偏置基极电阻(R3) 连接在第一三极管(L)的基极和第二三极管(T》的集电极之间，第四偏置基极电阻(R4) 连接在第二三极管(T2)的基极和第一三极管(T,)的集电极之间。
5. 根据权利要求l所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双 稳态触发器(FF,)是由第一至第四绝缘栅场效应晶体管(G" G2、 G3、 G4)构成的桥式对 称双稳态触发器。
6. 根据权利要求5所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，还采用第 五至第八绝缘栅场效应晶体管(G5、 G6、 G7、 G8)构成的桥式缓冲放大器，用于隔离双稳 态触发器(FF,)和负载。
7. 根据权利要求l所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的双 稳态触发器(FFO包括有第一反相器aC,)和第二反相器(IC》，其中，第一反相器(IC,) 和第二反相器(IC2)的正相端分别对应连接第一电阻(RJ和第二电阻(R2)，第一反 相器(IG)和第二反相器(IC2)的反相端共同构成输出端，第一反相器(Id)的正相端连接第二反相器(IC2)的反相端，第二反相器(IG)的正相端连接第一反相器(Id)的 反相端。
8.根据权利要求7所述的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，其特征在于，所述的构 成双稳态触发器(FF,)的输出端分别对应通过第三反相器(IC3)、第四反相器(IC4)连 接负载。
全文摘要
本发明公开一种极性和幅值可调的隔离脉冲电源，包括有用于隔离和传输能量和控制信息的隔离变压器，还设置有分别与隔离变压器的输出端相连，用于全波整流的第一二极管和第二二极管；连接在第一二极管和第二二极管之间，用于电源储能和滤波的电容；分别与隔离变压器的输出端相连，用于传递触发信号的第一电阻和第二电阻；以及分别与第一二极管和第二二极管的负极、电容的另一端、第一电阻和第二电阻的另一端相连，用于输出并控制脉冲极性与幅值的双稳态触发器。所述的双稳态触发器通过缓冲放大器和连接负载。本发明的极性和幅值可调的隔离脉冲电源，具有结构简单、成本低廉、效率高、体积小、无需调试等优点。
文档编号H03K3/00GK101510734SQ20091006828
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者刚 李, 凌 林 申请人:天津大学