一种高压隔离串口通信电路的制作方法

1.本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种高压隔离串口通信电路。


背景技术：

2.高频电刀在经过90多年的发展历史到现在已经诞出许多款式的电刀，例如高频氩气刀，高频超声手术系统，高频电切内窥镜治疗系统等等，在现在科技飞速发展的现在，高频电刀最终输出的高频电压能够高达6kv，然而在电路上的提供控制信号的主控模块往往不能够直接承担6kv的高耐压，已经成为一种技术难点。
3.传统的隔离串口通信方式，一般采用芯片做隔离，然而以现在的技术基础，是达不到12kv的高压隔离的，如果使用ic隔离模块进行通信上的隔离就只能降低高频电刀的使用电压，从而影响电刀的效果。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种使变压器作为隔离的串口通信电路。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种高压隔离串口通信电路，包括：驱动加强模块、隔离变压器和信号整形模块；所述驱动加强模块的输入端连接串口的发送端；所述驱动加强模块的输出端连接所述隔离变压器的初级线圈；所述隔离变压器的次级线圈连接所述信号整形模块的输入端，所述信号整形模块的输出端连接串口的接收端。
6.上述方案进一步的改进在于：所述驱动加强模块是由两个三极管组成的推挽电路。
7.上述方案进一步的改进在于：所述驱动加强模块包括npn三极管和pnp三极管；所述串口的发送端连接所述npn三极管和pnp三极管的基极；所述npn三极管的发射极连接所述pnp三极管的集电极；所述npn三极管的集电极连接电源；所述pnp三极管的发射极接地；所述npn三极管的发射极与所述pnp三极管的集电极之间的连接节点连接所述隔离变压器的初级线圈的一端；所述隔离变压器的初级线圈的另一端通过隔直电容接地。
8.上述方案进一步的改进在于：所述信号整形模块包括运算放大器、第一反向器和第二反向器；所述运算放大器的同相输入端连接所述隔离变压器的次级线圈的一端，所述运算放大器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端连接所述第一反向器的输入端；所述第一反向器的输出端连接所述第二反向器的输入端；所述第二反向器的输出端连接串口的接收端；所述隔离变压器的次级线圈的另一端接地；所述隔离变压器的次级线圈并联有取样电阻。
9.上述方案进一步的改进在于：所述隔离变压器的线圈匝数比为1：1。
10.上述方案进一步的改进在于：所述驱动加强模块和信号整形模块的电源均为3.3v。
11.本实用新型提供的高压隔离串口通信方式，使用高压隔离变压器进行串口通信，能够有效的解决输出电压很高但是应用端和控制端质检的耐压过低导致只能限制高频电刀输出电压的问题，而且由于串口输出的波特率目前最高的已经达到115200bits/s，可以完全充分利用隔离变压器的磁芯特性以达到较好的无失真传输信息。
附图说明
12.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
13.图1是本实用新型一个优选的实施例电路框图。
14.图2是图1的具体电路结构示意图。
15.图3是本实用新型一个优选的实施例效果图。
具体实施方式实施例
16.本实施例的高压隔离串口通信电路，如图1所示，包括：驱动加强模块、隔离变压器和信号整形模块；驱动加强模块的输入端连接串口的发送端；驱动加强模块的输出端连接隔离变压器的初级线圈；隔离变压器的次级线圈连接信号整形模块的输入端，信号整形模块的输出端连接串口的接收端。
17.考虑到串口通常有两条线组成，一条线上的信号正向流动，用于发送信号，另一条的信号反向流动，用于反馈信号的情况，将反馈线路上另外反接一路本实施例的高压隔离串口通信电路。
18.如图2所示，驱动加强模块用来增强串口所发送出的信号的驱动能力，也即是说，需要加强该信号能够带动隔离变压器。驱动加强模块是由两个三极管组成的推挽电路；包括npn三极管q1和pnp三极管q2；串口的发送端通过电阻r1连接npn三极管q1和pnp三极管q2的基极；npn三极管q1的发射极连接pnp三极管q2的集电极；npn三极管q1的集电极连接电源；pnp三极管q2的发射极接地；npn三极管q1的发射极与pnp三极管q2的集电极之间的连接节点通过电阻r2连接隔离变压器t1的初级线圈的一端；隔离变压器t1的初级线圈的另一端通过隔直电容c1接地；隔直电容c1起滤除直流分量的作用。
19.信号整形模块用来将隔离变压器传递出的信号进行尖峰及纹波滤除，从而将信号还原成串口协议能够识别的数字信号。信号整形模块包括运算放大器u1、第一反向器u2和第二反向器u3。运算放大器u1的同相输入端连接隔离变压器t1的次级线圈的一端，运算放大器u1的反相输入端连接运算放大器u1的输出端；运算放大器u1构成跟随电路；作用是将隔离变压器t1的输出的信号进行驱动加强，使得信号能够驱动后续的两个反向器工作。
20.运算放大器u1的输出端连接第一反向器u2的输入端；第一反向器u2的输出端连接第二反向器u3的输入端；第二反向器u3的输出端连接串口的接收端；信号经过两个反相器后将坡度等的一些全部滤除，从而得到相应的数字信号；使得接收端可识别。隔离变压器t1的次级线圈的另一端接地；考虑到本实施例中的跟随电路的输入高阻状态，因此在隔离变压器t1的次级线圈并联有取样电阻r3，将隔离变压器t1输出的电流信号转换成电压信号；防止因高阻状态导致的电压漂移，造成信号的失真，进而导致的不可识别。
21.一般来说，串口信号的发送是由单片机或者其他mcu元件实现，根据串口的相关规则，使用不同的数字电平。本实施例中，以3.3v为例，也即，数字电路的高电平为3.3v，低电平为地也即0v。因此，隔离变压器t1的初级线圈所连接的驱动加强模块和次级线圈所连接的信号整形模块均采用3.3v供电，这样通过变换后的信号的最高值也即是3.3v。本实施例中隔离变压器t1的作用是安全隔离，因此，为了便于信号的转变，选用的变压器的线圈匝数比为1：1。耐压选用不低于12kv的变压器，从而满足现有的电刀的最高需求。需要注意的是，不同类型的变压器能够达到的耐压极限远远超于12kv，根据现场情况选择合适的耐压值即可。
22.本实施例的高压隔离串口通信电路的工作过程即是，将串口的数字信号加强后，由隔离变压器进行隔离，但是信号经过隔离变压器后会变成相应的模拟信号，也即是信号的上升沿或者下降沿相应的延长了，变成了具有一定坡度的状态，接收端无法识别这样的信号，因此，再通过信号整形模块将这些坡度去除，将信号还原为初始状态。
23.如图3所示，通过测试，可以发现，上部的是输入端的信号，下部的接收端信号，本实施例的高压隔离串口通信电路对信号的还原度非常高，不会对串口的通信速率产生影响。
24.本实用新型不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。


技术特征：
1.一种高压隔离串口通信电路，其特征在于，包括：驱动加强模块、隔离变压器和信号整形模块；所述驱动加强模块的输入端连接串口的发送端；所述驱动加强模块的输出端连接所述隔离变压器的初级线圈；所述隔离变压器的次级线圈连接所述信号整形模块的输入端，所述信号整形模块的输出端连接串口的接收端。2.根据权利要求1所述的高压隔离串口通信电路，其特征在于：所述驱动加强模块是由两个三极管组成的推挽电路。3.根据权利要求2所述的高压隔离串口通信电路，其特征在于：所述驱动加强模块包括npn三极管和pnp三极管；所述串口的发送端连接所述npn三极管和pnp三极管的基极；所述npn三极管的发射极连接所述pnp三极管的集电极；所述npn三极管的集电极连接电源；所述pnp三极管的发射极接地；所述npn三极管的发射极与所述pnp三极管的集电极之间的连接节点连接所述隔离变压器的初级线圈的一端；所述隔离变压器的初级线圈的另一端通过隔直电容接地。4.根据权利要求3所述的高压隔离串口通信电路，其特征在于：所述信号整形模块包括运算放大器、第一反向器和第二反向器；所述运算放大器的同相输入端连接所述隔离变压器的次级线圈的一端，所述运算放大器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端连接所述第一反向器的输入端；所述第一反向器的输出端连接所述第二反向器的输入端；所述第二反向器的输出端连接串口的接收端；所述隔离变压器的次级线圈的另一端接地；所述隔离变压器的次级线圈并联有取样电阻。5.根据权利要求1所述的高压隔离串口通信电路，其特征在于：所述隔离变压器的线圈匝数比为1：1。6.根据权利要求1所述的高压隔离串口通信电路，其特征在于：所述驱动加强模块和信号整形模块的电源均为3.3v。

技术总结
本实用新型涉及一种高压隔离串口通信电路，包括：驱动加强模块、隔离变压器和信号整形模块；所述驱动加强模块的输入端连接串口的发送端；所述驱动加强模块的输出端连接所述隔离变压器的初级线圈；所述隔离变压器的次级线圈连接所述信号整形模块的输入端，所述信号整形模块的输出端连接串口的接收端。本实用新型提供的高压隔离串口通信方式，使用高压隔离变压器进行串口通信，能够有效的解决输出电压很高但是应用端和控制端质检的耐压过低导致只能限制高频电刀输出电压的问题，而且由于串口输出的波特率目前最高的已经达到115200bits/s，可以完全充分利用隔离变压器的磁芯特性以达到较好的无失真传输信息。到较好的无失真传输信息。到较好的无失真传输信息。


技术研发人员：潘晴晴 周浩
受保护的技术使用者：南京亿高医疗科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/9/20