專利名稱：具輸出回饋的電磁耦合數(shù)字輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字系統(tǒng)，尤其涉及一種數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字輸出電路。
背景技術(shù)：
被數(shù)字系統(tǒng)控制的外部系統(tǒng)或設(shè)備一般多是在大電壓下運作，而數(shù)字系統(tǒng)本身則多是在一低電壓下運作，所以數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字輸出電路，多采用一種隔離設(shè)計，將數(shù)字輸出電路分隔為與數(shù)字系統(tǒng)銜接的系統(tǒng)側(cè)、以及與被控制的外部系統(tǒng)或設(shè)備連接的輸出側(cè)，二者之間以一隔離裝置在電氣上予以隔離，但系統(tǒng)側(cè)的數(shù)字控制信號仍可以通過此隔離裝置傳遞給輸出側(cè)。
如圖1a所示，公知的數(shù)字輸出電路是以一光耦合器作為隔離裝置。系統(tǒng)側(cè)的驅(qū)動電路12推動光耦合器10的發(fā)光元件(圖中的發(fā)光二極管11)發(fā)出光信號(圖中的光電晶體13)接收后，產(chǎn)生一代表ON與OFF狀態(tài)的高低電字或大小電流，推動輸出側(cè)的控制電路14來控制負(fù)載16(也即被控制的外部系統(tǒng)或設(shè)備)。
這種公知的數(shù)字輸出電路的缺點是，除了數(shù)字系統(tǒng)的內(nèi)部電源15外，輸出側(cè)需要額外設(shè)置另一內(nèi)部電源17。此外，輸出側(cè)的控制電路通常只能作為控制負(fù)載電流的電流源(current source)或電流槽(current sink)二者之一，在感應(yīng)上的彈性較低。
隔離裝置其實就是一種能量的轉(zhuǎn)換裝置，除了前述采用光耦合器的光電(photovoltaic)轉(zhuǎn)換裝置外，其他可能的方式還有轉(zhuǎn)換熱能與電能的熱電(thermoelectric)轉(zhuǎn)換裝置、轉(zhuǎn)換震動與電能的電壓(peizoelectic)轉(zhuǎn)換裝置，以及采用電磁(electromagnetic)轉(zhuǎn)換裝置。最常見的電磁轉(zhuǎn)換裝置就是變壓器(transformer)，例如美國專利第4052623號、第5138515號、以及第5304863號均有披露采用具有雙繞組(一在一次側(cè)、一在二次側(cè))的變壓器，將驅(qū)動一功率電晶體的控制信號(施加在變壓器的一次側(cè)繞組)加以隔離的設(shè)計。由于變壓器的電磁轉(zhuǎn)換功能，銜接在變壓器二次側(cè)繞組的功率電晶體開關(guān)電路因此不需要設(shè)置外部電源。圖1b是摘自美國專利第4052623號的代表圖，其中有關(guān)的細(xì)節(jié)，在此就不再贅述。
上述公知的數(shù)字輸出電路還有一個重大的缺點，就是都屬于從系統(tǒng)側(cè)到輸出側(cè)的單向轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的隔離，數(shù)字系統(tǒng)無法得知輸出的狀態(tài)如何，例如被控制的系統(tǒng)或設(shè)備有無正確與完整的依照控制信號動作。而要達(dá)到這個目的，必須設(shè)置另一組光耦合器、變壓器、或其他轉(zhuǎn)換裝置的回饋電路，將輸出側(cè)的電氣狀態(tài)(如電壓、電流的大小、周期、頻率、以及輸出是斷路、短路、或過載等)回饋到系統(tǒng)側(cè)，以供數(shù)字系統(tǒng)檢知輸出側(cè)的狀態(tài)。此外，數(shù)字系統(tǒng)也因此需要增加輸入點來與回饋電路銜接。這些都會增加數(shù)字電路的配線難度與成本。
換言之，目前還沒有僅使用單一隔離裝置而可以同時達(dá)到系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的隔離、數(shù)字控制信號的輸出、而又同時提供輸出狀態(tài)回饋檢知的數(shù)字電路。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字輸出電路，僅使用單一隔離裝置，而可以同時完成系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的隔離、輸出代表開啟(ON)與關(guān)閉(OFF)的數(shù)字控制信號、與輸出狀態(tài)的回饋檢知三個功能。
本發(fā)明的另一目的是提供一種數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字輸出電路，其輸出側(cè)不需要額外設(shè)置電源，其輸出側(cè)的控制電路可以很方便的設(shè)置為控制負(fù)載電流的電流源或電流槽二者之一。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種以電磁耦合裝置作為隔離裝置的數(shù)字輸出電路。該一電磁耦合裝置具有至少一個系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件、以及至少兩個輸出側(cè)的感應(yīng)元件。系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件會將系統(tǒng)側(cè)的電氣信號，通過電磁感應(yīng)的作用，使輸出側(cè)的感應(yīng)元件產(chǎn)生相對應(yīng)的電氣信號，反之亦然。
本數(shù)字輸出電路包含系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路、隔離系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的電磁耦合裝置、以及輸出側(cè)控制電路。系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路與電磁耦合裝置的系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件銜接，并接受數(shù)字系統(tǒng)的ON/OFF控制信號來開啟或關(guān)閉系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件的驅(qū)動。電磁耦合裝置將系統(tǒng)側(cè)的電氣能量信號轉(zhuǎn)換傳送到輸出側(cè)，提供銜接在輸出側(cè)第一感應(yīng)元件的輸出側(cè)控制電路的工作電力能量。輸出側(cè)第二感應(yīng)元件則構(gòu)成一回饋電路，將輸出側(cè)的電氣狀態(tài)通過電磁耦合回饋至系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件。系統(tǒng)側(cè)的驅(qū)動電路因此可以在其輸出的間隔期間，取樣系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件的電氣信號而得知輸出側(cè)的電氣狀態(tài)。
本發(fā)明的電磁耦合裝置可以具有更多的輸出側(cè)感應(yīng)元件、以及/或是系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件，以將其他輸出側(cè)的信號回饋至系統(tǒng)側(cè)。本發(fā)明還可推廣應(yīng)用到采用其他可提供雙向能量轉(zhuǎn)換的其他隔離裝置，而不以電磁耦合為限。
本發(fā)明的數(shù)字輸出電路還可以進(jìn)一步包含一個輸出側(cè)保護(hù)電路，以提供輸出側(cè)回路的過載、短路、過壓等保護(hù)。輸出側(cè)保護(hù)電路還具有防止電磁干擾的功能。
現(xiàn)結(jié)合附圖、實施例的詳細(xì)說明及權(quán)利要求，將上述及本發(fā)明的其他目的的優(yōu)點在后面詳細(xì)敘述。然而，當(dāng)可了解附圖純?yōu)榻庹f本發(fā)明的精神而設(shè)，不當(dāng)視為本發(fā)明范疇的定義，有關(guān)本發(fā)明范疇的定義，清參照所附的權(quán)利要求書。


圖1a所示為一公知的以光耦合器作為隔離裝置的數(shù)字輸出電路的示意圖；圖1b所示為一公知的以變壓器作為隔離裝置的數(shù)字輸出電路的示意圖；圖2a所示為本發(fā)明一第一實施例的示意圖；圖2b所示為本發(fā)明一第二實施例的示意圖；圖2c所示為本發(fā)明第二實施例的電路圖；圖3a所示為本發(fā)明的變壓器的一實施例的示意圖；圖3b所示為本發(fā)明的變壓器的另一實施例的示意圖。
圖中10 光耦合器 11 發(fā)光二極管12 系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路 13 光電晶體14 輸出側(cè)控制電路 15 內(nèi)部電源16 負(fù)載 17 內(nèi)部電源20 變壓器 21 系統(tǒng)側(cè)繞組22 系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路 23 輸出側(cè)第一繞組
24 輸出側(cè)控制電路25 內(nèi)部電源26 負(fù)載 27 輸出側(cè)第二繞組28 輸出側(cè)控制電路29 外部電源200 變壓器201 繞組202 鐵芯 201 繞組210 變壓器211 繞組212 鐵芯 213 繞組221 系統(tǒng)側(cè)開關(guān)裝置223 系統(tǒng)側(cè)開關(guān)控制裝置241 輸出側(cè)開關(guān)裝置243 輸出側(cè)開關(guān)控制裝置281 輸出側(cè)保護(hù)開關(guān)裝置283 電流檢知裝置I0負(fù)載電流具體實施方式
本發(fā)明的最主要特征在于采用一可提供從系統(tǒng)側(cè)到輸出側(cè)、以及從輸出側(cè)到系統(tǒng)側(cè)的雙向能量轉(zhuǎn)換裝置來隔離數(shù)字輸出電路的系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)。按照本發(fā)明，該一雙向能量轉(zhuǎn)換裝置至少具有一系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件、一輸出側(cè)第一感應(yīng)元件、以及一輸出側(cè)第二感應(yīng)元件。系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件將系統(tǒng)側(cè)的電氣信號轉(zhuǎn)換傳送到輸出側(cè)的感應(yīng)元件，反之輸出側(cè)的感應(yīng)元件也會將輸出側(cè)的電氣信號轉(zhuǎn)換傳送到系統(tǒng)側(cè)。該一單向能量轉(zhuǎn)換的典型例子就是電磁耦合。然而本發(fā)明的精神與運作原理當(dāng)可推廣運用于其他同樣至少具有一系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件、一輸出側(cè)第二感應(yīng)元件的雙向能量轉(zhuǎn)換裝置，而不是以電磁耦合為限。
最常見的電磁耦合裝置之一即為變壓器。為了便于說明且不失一般性，以下的詳細(xì)說明均以變壓器為例來解釋本發(fā)明的精神、特征、與實施方式。然而需要注意的是，本發(fā)明的電磁耦合裝置不以變壓器為限，還可應(yīng)用于電磁耦合以外的能量轉(zhuǎn)換裝置。以變壓器為能量轉(zhuǎn)換裝置時，本發(fā)明所謂的感應(yīng)元件即指變壓器的繞組(winding)。
圖2a所示為本發(fā)明一第一實施例的示意圖。如圖所時，本實施例的數(shù)字輸出電路至少包含變壓器20、系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22、以及輸出側(cè)控制電路24。隔離系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的變壓器20至少具有三個繞組。這三個繞組分別是字于變壓器20一次側(cè)的系統(tǒng)側(cè)繞組21(系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件)、以及同字于變壓器20二次側(cè)的輸出側(cè)第一繞組23(輸出側(cè)第一感應(yīng)元件)、與輸出側(cè)第二繞組27(輸出側(cè)第二感應(yīng)元件)。輸出側(cè)第一繞組23、與輸出側(cè)第二繞組27是二分別獨立的繞組，而不是由一有中間抽頭的二次側(cè)繞組所構(gòu)成。請注意到，從以下詳細(xì)說明可推知，本發(fā)明也可延伸應(yīng)用于具有更多系統(tǒng)側(cè)繞組、以及更多輸出側(cè)繞組的變壓器20。
圖2a所示的變壓器20是具有三個繞組的單一變壓器。其他的實施方式如圖3a所示是由兩個變壓器200、210所組合而成。變壓器200具有兩個繞組201、203、以及鐵芯(iron core)202，變壓器210具有兩個繞組211、213、以及鐵芯212。組合變壓器200、210時使其鐵芯202、212銜接以使磁通(magnetic flux)可以彼此貫通。以次方式組合而成的變壓器20、繞組201即為系統(tǒng)側(cè)繞組21、繞組203即為輸出第一側(cè)繞組23、繞組213即為輸出側(cè)第二繞組27，但繞組211即會閑置不用。另一實施方式如圖3b所示，同樣由變壓器200、210所組合而成，但其鐵芯202、212并未銜接。以該方式組合而成的變壓器20，其輸出側(cè)的反饋信號必須另外從繞組211兩端取得，而不是從繞組201。
變壓器20的系統(tǒng)側(cè)繞組21的一端(以下稱系統(tǒng)側(cè)繞組21第二端)則與內(nèi)部電源25的負(fù)端連接，而構(gòu)成從內(nèi)部電源25的正端、經(jīng)系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22、再經(jīng)系統(tǒng)側(cè)繞組21、而到內(nèi)部電源25的負(fù)端的回路。其中，內(nèi)部電源25的正負(fù)端的配置、以及系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22與系統(tǒng)側(cè)繞組21的相對字置并不重要，比如說在另一實施例中，也可以系統(tǒng)側(cè)繞組21的第二端與系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22連接，而以系統(tǒng)側(cè)繞組21第一端與內(nèi)部電源25的正端連接，而以系統(tǒng)側(cè)繞組21第一端與內(nèi)部電源25的正端連接。重點在于系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22于系統(tǒng)側(cè)繞組21串接于內(nèi)部電源25的正負(fù)端之間。
系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22是接受數(shù)字系統(tǒng)所輸出的ON/OFF數(shù)字控制信號來開啟或關(guān)閉對變壓器20的系統(tǒng)側(cè)繞組21的驅(qū)動。系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22主要包含以開關(guān)裝置221、一開關(guān)控制裝置223、以及一回饋取樣裝置225。開關(guān)裝置221是一電子開關(guān)，其具有三個端子，在本實施例中，其中的電流輸出端與系統(tǒng)側(cè)繞組21的第一端連接、一電流輸入端與內(nèi)部電源25的正端連接、另一個控制端則與開關(guān)控制裝置223的輸出連接，以控制內(nèi)部電源25是否得以通過開關(guān)裝置221的電流輸入、電流輸出端施加于系統(tǒng)側(cè)繞組21。同樣地，視內(nèi)部電源25的正負(fù)端的配置、以及系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路22與系統(tǒng)側(cè)繞組21的相對字置的不同，開關(guān)裝置221的連接方式也會有所不同。其重點在于電流是通過開關(guān)裝置221的電流輸入端、電流輸出端而流經(jīng)系統(tǒng)側(cè)繞組21。
實施方式開關(guān)控制裝置223具有兩個輸入，一是數(shù)字系統(tǒng)所輸出的、代表ON與OFF的數(shù)字控制信號、另一則是由一震蕩器(oscillator)(未圖示)所產(chǎn)生的周期性的時脈訊號。當(dāng)數(shù)字控制訊號為ON時，開關(guān)控制裝置223使周期性的時脈訊號輸出到開關(guān)裝置221，而使開關(guān)裝置221發(fā)生周期性的導(dǎo)通與斷路。當(dāng)開關(guān)裝置221是導(dǎo)通時，電流流經(jīng)系統(tǒng)側(cè)繞組21，系統(tǒng)側(cè)繞組21(也是一個電感)負(fù)責(zé)儲存能量；當(dāng)開關(guān)裝置221是斷路時，電流不會流經(jīng)系統(tǒng)側(cè)繞組21，系統(tǒng)側(cè)繞組21所儲存的能量會經(jīng)由電磁感應(yīng)釋放到輸出側(cè)。震蕩器電路可以是數(shù)字系統(tǒng)的一部份，或者數(shù)字系統(tǒng)沒有的話，則由本數(shù)字輸出電路所提供。因為震蕩器電路為一般人所公知，在此就不多贅述。
回饋取樣裝置225與系統(tǒng)側(cè)繞組21并聯(lián)，以供數(shù)字系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r點來取樣由輸出側(cè)回饋的訊號。相關(guān)的細(xì)節(jié)后續(xù)會進(jìn)一步詳述。
在本實施例的輸出側(cè)，外部電源29的正端，經(jīng)由負(fù)載(亦即本數(shù)字輸出電路所銜接的被控制系統(tǒng)或設(shè)備)26、經(jīng)由輸出側(cè)第二繞組27、以及輸出側(cè)控制電路24、外部電源29的負(fù)端而構(gòu)成一以本實施例的輸出側(cè)為電流槽的負(fù)載回路(如虛線所示)。請注意到輸出側(cè)第二繞組27因此構(gòu)成一供負(fù)載電流I。流經(jīng)的回饋電路，有關(guān)的細(xì)節(jié)下面還會進(jìn)一步說明。另外也請注意到負(fù)載26也可以是字于圖2a中外部電源29的負(fù)端與輸出側(cè)控制電路24之間虛線方格的字置而構(gòu)成一以本實施例的輸出側(cè)為電流源的負(fù)載回路。另外視外部電源29的極性配置，負(fù)載電流I。的方向也可以是相反的。
輸出側(cè)控制電路24主要包含一開關(guān)裝置241、以及一開關(guān)控制裝置243。開關(guān)裝置241是一電子開關(guān)，其具有三個端子，在此實施例中，其中的電流翰入端與輸出側(cè)第二繞組27的一端連接(以下稱為輸出側(cè)第二繞組27的第二端)、電流輸出端系與外部電源29的負(fù)端連結(jié)、另一個控制端則與開關(guān)控制裝置243的輸出連接。開關(guān)裝置241因開關(guān)控制裝置243所輸出的控制電壓的存在與否而導(dǎo)通與斷路，進(jìn)而控制負(fù)載回路為導(dǎo)通或斷路。同樣地，視外部電源29的正負(fù)端、以及負(fù)載的配置、開關(guān)裝置241的連接方式也會有所不同。其重點在于電流是經(jīng)由開關(guān)裝置241的電流輸入端、電流輸出端而流經(jīng)負(fù)載26。
本實施例的運作方式說明如下。首先在系統(tǒng)側(cè)，數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字控制訊號為ON時，經(jīng)由開關(guān)控制裝置223致使周期性的時脈訊號施加于開關(guān)裝置221。按著，開關(guān)裝置221因周期性的時脈訊號的作用而產(chǎn)生周期性的導(dǎo)通與斷路，內(nèi)部電源25因而輸出周期性的電流經(jīng)過系統(tǒng)側(cè)繞組21。接著，由于變壓器20的電磁耦合，系統(tǒng)側(cè)繞組21的周期性電流在輸出側(cè)第一繞組23產(chǎn)生相應(yīng)的周期性電壓。輸出側(cè)第一繞組23的周期性電壓驅(qū)動開關(guān)控制裝置243使其輸出適當(dāng)?shù)目刂齐妷航o開關(guān)裝置241，致使開關(guān)裝置241導(dǎo)通而形成完整的負(fù)載回路。當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字控制訊號為OFF時，經(jīng)過相同的運作原理，輸出側(cè)的開關(guān)裝置241會被斷路而使負(fù)載回路成為斷路，其中過程就不再細(xì)述。
請注意到當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字控制訊號為ON而在輸出側(cè)形成完整的負(fù)載回路時，負(fù)載電流I0同時流經(jīng)輸出側(cè)第二繞組27。另外也請注意到，系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221因周期性的時脈訊號的作用而有周期性的導(dǎo)通與斷路。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221在周期性的導(dǎo)通與斷路中處于斷路狀態(tài)時，不會有電流從內(nèi)部電源25流經(jīng)系統(tǒng)側(cè)繞組21，但是流經(jīng)輸出側(cè)第二繞組27的負(fù)載電流I0經(jīng)由變壓器20的電磁耦合，會在系統(tǒng)側(cè)繞組21的兩端感應(yīng)產(chǎn)生一相應(yīng)的電字差。數(shù)字系統(tǒng)因此可以利用此一物理現(xiàn)象，在周期性的時脈訊號導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221處于斷路狀態(tài)時，借由回饋取樣裝置225取樣系統(tǒng)側(cè)繞組21兩端的電字差而得知輸出側(cè)的負(fù)載電流I0。換言之，本實施例僅借著增加變壓器一組輸出側(cè)繞組，即可達(dá)成輸出的回饋。此一輸出側(cè)第二繞組27的設(shè)置另有一個附加的好處，就是當(dāng)負(fù)載電流大時，驅(qū)動開關(guān)裝置241的控制電壓或電流也會隨之增加，而有使開關(guān)裝置241阻抗降低的效果。
如果變壓器20的實施方式如圖3b所示，因為輸出側(cè)的回饋是另外由繞組211的兩端提供，回饋取樣裝置225應(yīng)連接在繞組211的兩端，而數(shù)字系統(tǒng)不需要等到周期性的時脈訊號導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221處于斷路狀態(tài)時才能進(jìn)行取樣，而是任何時候均可透過回饋取樣裝置225為之。
圖2b所示為本發(fā)明一第二實施例的示意圖。如圖所示，本實施例與第一實施例完全相同，但在負(fù)載回路上增加設(shè)置了一個保護(hù)電路28，以提供輸出短路的保護(hù)與負(fù)載電流的過載保護(hù)。保護(hù)電路28包含一個電流檢知裝置283、以及一個保護(hù)開關(guān)裝置281。電流檢知裝置283是直接串聯(lián)在負(fù)載回路上以輸出一與負(fù)載電流I0相對應(yīng)的電氣訊號給保護(hù)開關(guān)裝置281。保護(hù)開關(guān)裝置281是一電子開關(guān)，其具有三個端子，在本實施例中，其中的電流輸入端與開關(guān)裝置241的控制端連接、一電流輸出端與外部電源29的負(fù)端連接、另一個控制端則與電流檢知裝置283的輸出連接。當(dāng)負(fù)載回路短路或負(fù)載電流I0過載時，電流檢知裝置283輸出相對應(yīng)的訊號給保護(hù)開關(guān)裝置281的控制端使其導(dǎo)通，進(jìn)而使輸出側(cè)開關(guān)控制裝置243輸出給開關(guān)裝置241的控制電壓或電流無法施加于開關(guān)裝置241的控制端，開關(guān)裝置241因而成為斷路的狀態(tài)，而使負(fù)載回路成為斷路而達(dá)到保護(hù)的目的。請注意到，本說明書為方便解說起見，將輸出側(cè)保護(hù)電路28與控制電路24分開來描述，但在實際實施時，某些實施例將兩者合并在同一個電路里。
此一保護(hù)動作，由于會導(dǎo)致回饋到系統(tǒng)側(cè)繞組21兩端的電字差的降低，因此也可以被系統(tǒng)側(cè)偵測到輸出側(cè)是否有發(fā)生保護(hù)動作。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的實施方式，第2c圖所示為本發(fā)明第二實施例的電路圖。如圖所示，系統(tǒng)側(cè)開關(guān)裝置221是由一MOSFET電晶體所構(gòu)成的電子開關(guān)，具有三個端子，其源極(電流輸入極)與內(nèi)部電源25的正端連接、其漏極(電流輸出極)與系統(tǒng)側(cè)繞組21的第一端連接、而其柵極(電流控制極)則與開關(guān)控制裝置223的輸出連接。請注意，電子開關(guān)裝置221不以MOSFET電晶體為限，其他類似的具有開關(guān)功能的電子元件也可以適用。開關(guān)控制裝置223主要包含一雙輸入的AND邏輯柵的邏輯電路。開關(guān)控制裝置223也不以AND邏輯柵為限，其他具類似功能的邏輯電路也可以適用?；仞伻友b置225基本上由一二極管、一電阻器、與一電容器所構(gòu)成的低通濾波器(low passfilter)。
在輸出側(cè)，開關(guān)控制裝置243主要系由一二極管、一電阻器、與一電容器所構(gòu)成的能量變換電路。在系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221的周期性導(dǎo)通或斷路中，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)的開關(guān)裝置221處于斷路時，受變壓器20感應(yīng)、儲存于輸出側(cè)第一繞組23的能量，會依照二極管的方向?qū)﹄娙萜鞒潆娹D(zhuǎn)而儲存于電容器中，進(jìn)而成為導(dǎo)通輸出側(cè)開關(guān)裝置241的能量(控制電壓)。輸出側(cè)開關(guān)裝置241也由-MOSFET電晶體所構(gòu)成，電流檢知裝置283為一電流轉(zhuǎn)電壓元件(在本例中為一電阻器)，保護(hù)開關(guān)裝置281則為一雙極(bipolar)電晶體(電流輸入極為其集極、電流輸出極為其射極、電流控制極為其基極)。同理，在其他實施例中，其他適當(dāng)?shù)碾娮釉蜓b置也可采用，而不是以上述所列舉為限。
由圖2c可以看出，本發(fā)明僅需要相當(dāng)簡單的電子元件與架構(gòu)，即可達(dá)成公知技術(shù)需要復(fù)雜電路才能同時提供的系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的隔離、輸出代表開啟與關(guān)閉的數(shù)字控制訊號、與輸出狀態(tài)的回饋監(jiān)測三個功能。有關(guān)圖2c的運作方式，前于解釋圖2b的第二實施例時已做說明，且各裝置的運作原理均為此一技術(shù)領(lǐng)域人士所熟知，故不再贅述。不過需要注意的是各元件的選擇是彼此關(guān)連的。比如說，周期性時脈訊號的頻率愈高，作為開關(guān)裝置221的MOSFET電晶體的反應(yīng)速度也要愈快，而回饋取樣裝置225的速率也要更快。而周期性時脈訊號的頻率愈高，轉(zhuǎn)換到輸出側(cè)的能量就愈低，而輸出側(cè)的相關(guān)元件也因此要跟著調(diào)整。另外第2a、2b、2c圖中部份細(xì)節(jié)為了簡化表示而在不影響可實施性下有所省略。
通過以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本創(chuàng)作的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創(chuàng)作的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本創(chuàng)作所要申請的專利范圍的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字輸出電路，位于一數(shù)字系統(tǒng)與一負(fù)載之間，所述數(shù)字輸出電路至少包含一電磁耦合裝置，所述電磁耦合裝置至少包含一系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件、一輸出側(cè)第一感應(yīng)元件、一輸出側(cè)第二感應(yīng)元件，所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件將其一電氣訊號以電磁轉(zhuǎn)換方式于所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件、所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件感應(yīng)產(chǎn)生一相應(yīng)的電氣訊號，反之亦然；一系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路，由一內(nèi)部電源驅(qū)動，所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路與所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件并聯(lián)，并以一時脈訊號、以及所述數(shù)字系統(tǒng)輸出的一數(shù)字控制訊號為輸入，所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路具有一回饋端，供所述數(shù)字系統(tǒng)取樣代表輸出側(cè)電氣狀態(tài)的一回饋訊號；以及一輸出側(cè)控制電路，與所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件并聯(lián)，所述輸出側(cè)控制電路與所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件、所述負(fù)載串聯(lián)于一外部電源的正負(fù)端之間，而構(gòu)成一負(fù)載回路；其中，當(dāng)所述數(shù)字系統(tǒng)輸出一代表ON的數(shù)字控制訊號，所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路致使所述內(nèi)部電源周期的施加于所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件，所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件因此感應(yīng)產(chǎn)生的一相應(yīng)的電氣訊號，所述電氣訊號驅(qū)動所述輸出端控制電路，致使所述負(fù)載回路導(dǎo)通；當(dāng)所述數(shù)字系統(tǒng)輸出一代表OFF的數(shù)字控制訊號，所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路分離所述內(nèi)部電源與所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件，所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件因此無法感應(yīng)產(chǎn)生電氣訊號以驅(qū)動所述輸出端控制電路，致使所述負(fù)載回路成為斷路；以及，在所述內(nèi)部電源周期的施加于所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件的間隔期間，所述負(fù)載回路的一電氣狀態(tài)經(jīng)由所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件，于所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件感應(yīng)產(chǎn)生所述回饋訊號，而由所述數(shù)字系統(tǒng)通過所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路的所述回饋端所取樣偵測。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述電磁耦合裝置是一至少具有三繞組的變壓器，所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件位于所述變壓器一次側(cè)的一繞組，所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件與所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件位于所述變壓器二次側(cè)的分別獨立的二繞組。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述電磁耦合裝置至少包含一雙繞組的第一變壓器與一雙繞組的第二變壓器，所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件位于所述第一變壓器一次側(cè)的一繞組，所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件位于所述第一變壓器二次側(cè)的一繞組，所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件位于所述第二變壓器二次側(cè)的一繞組，所述第一變壓器的鐵芯是與所述第二變壓器的鐵芯銜接致使二者磁通彼此貫通。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述電磁耦合裝置至少包含一雙繞組的第一變壓器與一雙繞組的第二變壓器，所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件位于所述第一變壓器二次側(cè)的一繞組，所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件位于所述第二變壓器二次側(cè)的一繞組，所述系統(tǒng)側(cè)繞組分由所述第一變壓器一次側(cè)的一繞組、以及所述第二變壓器一次側(cè)的一繞組所構(gòu)成。所述負(fù)載回路的一電氣狀態(tài)經(jīng)由所述第二變壓器二次側(cè)的所述繞組，于所述第二變壓器一次側(cè)的所述繞組感應(yīng)產(chǎn)生所述回饋訊號，而由所述數(shù)字系統(tǒng)通過所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路的所述回饋端所隨時取樣偵測。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路至少包含一開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置與所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件串聯(lián)于所述內(nèi)部電源之正負(fù)端之間；一開關(guān)控制裝置，所述開關(guān)控制裝置接受所述數(shù)字系統(tǒng)輸出的所述數(shù)字控制訊號、以及所述時脈訊號以控制所述開關(guān)裝置的周期性導(dǎo)通與斷路；以及一回饋取樣裝置；所述回饋取樣裝置與所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件并聯(lián)，所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件的所述回饋訊號經(jīng)由所述回饋取樣裝置，而由回饋端輸出。
6.如權(quán)利要求5的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述開關(guān)裝置是一電子開關(guān)，所述電子開關(guān)具有一電流輸入極、一電流輸出極、一電流控制極，所述電流輸入極與所述電流輸出極與所述系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件串聯(lián)于所述內(nèi)部電源的正負(fù)端之間，所述電流控制極與所述開關(guān)控制裝置的輸出連接，以控制所述電流輸入極與所述電流輸出極的導(dǎo)通與斷路。
7.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述開關(guān)控制裝置是一邏輯電路，所述邏輯電路以所述數(shù)字系統(tǒng)輸出的所述數(shù)字控制訊號、以及所述時脈訊號為輸入，其輸出是與所述開關(guān)裝置連接，在所述數(shù)字控制訊號開啟與關(guān)閉所述時脈訊號的輸出至所述開關(guān)裝置。
8.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述回饋取樣裝置是一低通濾波器。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述時脈訊號由所述數(shù)字系統(tǒng)提供。
10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路進(jìn)一步包含一震蕩器電路，以提供所述時脈訊號。
11.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述輸出側(cè)控制電路至少包含一開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置與所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件、所述負(fù)載串聯(lián)于所述外部電源的正負(fù)端之間而構(gòu)成所述負(fù)載回路；以及一開關(guān)控制裝置；所述開關(guān)控制裝置與所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件并聯(lián)，并接受所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件感應(yīng)所生的一電氣訊號的驅(qū)動，以控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與斷路。
12.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述開關(guān)裝置是一電子開關(guān)，所述電子開關(guān)具有一電流輸入極、一電流輸出極、一電流控制極，所述電流輸入極與所述電流輸出極與所述輸出側(cè)第二感應(yīng)元件、所述負(fù)載串聯(lián)于所述外部電源的正負(fù)端之間，所述電流控制極與所述開關(guān)控制裝置的輸出連接，以控制所述電流輸入極與所述電流輸出極的導(dǎo)通與斷路。
13.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述開關(guān)控制裝置是一能量變換電路，所述能量變換電路將所述輸出側(cè)第一感應(yīng)元件感應(yīng)所生的能量儲存轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通所述開關(guān)裝置的能量。
14.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于進(jìn)一步包含一保護(hù)電路，所述保護(hù)電路至少包含一電流檢知裝置，所述電流檢側(cè)裝置串聯(lián)于所述負(fù)載回路上，以輸出一與負(fù)載回路電流相對應(yīng)的一電氣訊號；以及一保護(hù)開關(guān)裝置，所述保護(hù)開關(guān)裝置以所述電流檢知裝置的所述電氣訊號為輸入，并與所述開關(guān)控制裝置并聯(lián)，以控制所述開關(guān)控制裝置輸出的一控制訊號是否到達(dá)所述開關(guān)裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述電流檢知裝置是一電流轉(zhuǎn)電壓元件。
16.如權(quán)利要求14所述的數(shù)字輸出電路，其特征在于所述保護(hù)開關(guān)裝置是一電子開關(guān)，所述電子開關(guān)具有一電流輸入極、一電流輸出極、一電流控制極，所述電流輸入極、所述電流輸出極與所述開關(guān)控制裝置并聯(lián)，所述電流控制極與所述電流檢側(cè)裝置的輸出連接，以控制所述電流輸入極與所述電流輸出極的導(dǎo)通與斷路，進(jìn)而控制所述所述開關(guān)控制裝置輸出的一控制訊號是否到達(dá)所述開關(guān)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以電磁耦合裝置來隔離系統(tǒng)側(cè)與輸出側(cè)的數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字輸出電路。該數(shù)字輸出電路主要包含系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路、電磁耦合裝置、以及輸出側(cè)控制電路。電磁耦合裝置至少具有系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件、輸出側(cè)第一感應(yīng)元件、輸出側(cè)第二感應(yīng)元件。系統(tǒng)側(cè)驅(qū)動電路與系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件銜接，為接受多字系統(tǒng)的ON/OFF多字控制信號來開啟或關(guān)閉對系統(tǒng)側(cè)感應(yīng)元件的驅(qū)動。電磁耦合裝置的電磁耦合功能將系統(tǒng)側(cè)的驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換傳送到輸出側(cè)第一感應(yīng)元件，提供輸出側(cè)控制電路的工作能量。輸出側(cè)第二感應(yīng)元件將輸出側(cè)電器狀態(tài)，通過電磁耦合功能反饋至系統(tǒng)側(cè)。
文檔編號H03K17/60GK1905370SQ20051008715
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者王存孝, 李易昌 申請人:展嘉科技股份有限公司