基于電容的電磁全隔離直流電源傳輸電路

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圖1 直流傳輸電路系統(tǒng)框圖

　　圖1中A是MOS管的陣列，B是電容的陣列，C是光電耦合器的陣列，D是穩(wěn)壓電路，E是電壓比較器，F(xiàn)是單片機(jī)。

　　光電耦合器控制MOS管的導(dǎo)通與斷開，從而控制電容的工作狀態(tài)。而光電耦合器的控制信號來自單片機(jī)。單片機(jī)的觸發(fā)信號來自穩(wěn)壓電路與電壓比較器組成的判決電路。

　　穩(wěn)壓電路將輸出電壓穩(wěn)定為固定值，分壓后作為閾值電壓 。電壓比較器將輸出電壓 與閾值電壓 比較，若 小于 ，觸發(fā)單片機(jī)。單片機(jī)收到觸發(fā)信號后，控制光電耦合器的導(dǎo)通與斷開，從而控制MOS管的導(dǎo)通與斷開，改變電容的工作狀態(tài)。

2 供電及電磁隔離的原理

　　為了利用電容給負(fù)載供電并且同時保證負(fù)載兩端電壓的穩(wěn)定，采用多個電容是理想的解決方法?？梢詫⒍鄠€電容分為兩組，在同一時刻，保證有一組電容給負(fù)載供電而另外一組接受外部電源的充電。在單片機(jī)控制下的MOS管實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的電磁隔離。

　　圖2表示電容、MOS管、光電耦合器的連接圖，即圖1中的A、B、C的連接。

圖2 電容、MOS管、光電耦合器的連接圖

　　其中#1、#2、#3、#4接單片機(jī)的四個輸出端口。

　　當(dāng)#1為高電平，#2為低電平時，輸入端的兩個MOS管導(dǎo)通，電容處于充電狀態(tài)。

　　當(dāng)#1為低電平，#2為高電平時，輸出端的兩個MOS管導(dǎo)通，電容處于給負(fù)載供電狀態(tài)。

　　當(dāng)#1為低電平，#2為低電平時，輸入端和輸出端的MOS管關(guān)斷，電容處于懸空狀態(tài)。

　　而#1、#2都為高電平的情況是不允許的，這相當(dāng)于把輸入端與輸出端連接起來，輸入端的電磁干擾就會傳遞到輸出端。在單片機(jī)編程時可以避免這種情況。

　　#3、#4的情況同#1、#2。

　　如圖1和圖2所示，電路輸入端與輸出端采用不同的“地”，避免電磁干擾通過共接的“地”傳遞到輸出端。

　　下面對兩組電容工作的時序進(jìn)行詳細(xì)的分析。以四個電容為例，分兩組，每組兩個電容。

　　圖3表示出兩組電容的工作時序。
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圖3 兩組電容的工作時序

　 　圖3體現(xiàn)了本電路在時序上的兩個特點(diǎn)。第一，在同一組電容中，充電與供電狀態(tài)之間存在一個懸空狀態(tài)，即電容與輸入、輸出端都斷開，從而使輸入、輸出端之 間不可能存在電磁耦合通路。第二，兩組電容輪流供電時，有一段共同供電的時間，保證在任意時刻都有電容給負(fù)載供電，從而避免了兩組電容同時切換帶來的輸出 電壓的突變，提高了輸出電壓的穩(wěn)定性。
　　圖4表示了與圖3對應(yīng)的兩組電容的電壓變化。
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圖4 兩組電容的電壓隨時間變化圖

　　電路啟動后，在t1時間內(nèi)對兩組電容充電。第一組電容在t2時間內(nèi)懸空，然后在t3時間內(nèi)給負(fù)載供電。當(dāng)輸出電壓低于閾值電壓 時，第二組電容在t4轉(zhuǎn)入懸空狀態(tài)。在t5時間內(nèi)，兩組電容同時給負(fù)載供電。第一組電容在t6時間內(nèi)轉(zhuǎn)入懸空狀態(tài)，準(zhǔn)備開始充電。整個直流傳輸電路按照此規(guī)律循環(huán)往復(fù)工作。設(shè) 工作電流為 可得放電時間t3為1.68ms。增加電容容量，工作周期相應(yīng)加長。
3 單片機(jī)編程流程

圖5 單片機(jī)編程流程圖
　圖5中，“1H,2L,3H,4L”表示控制端口1為高電平，2為低電平，3為高電平，4為低電平。其它依此類推。

　　單片機(jī)按照圖3工作。在單片機(jī)編程時，用到三個延時：充電延時 ，、懸空延時 ，和供電延時 。

4 結(jié)論