[發(fā)明專利]一種智能電表卡隔離裝置

有效

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• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN102779377A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗書立;崔曉榮;易文;沈梓榮
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市銳能微科技有限公司
• 主分類號(hào): G07F15/06
• 分類號(hào): G07F15/06
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及一種智能電表卡隔離裝置。

背景技術(shù)

智能電表的計(jì)量芯片以220V市電為參考地，預(yù)付費(fèi)卡表需要用戶進(jìn)行人工操作將卡插入電表進(jìn)行繳費(fèi)和查詢。為了安全起見，要求預(yù)付費(fèi)卡的地不能浮在220V上面，而是以大地為基準(zhǔn)地，因此卡與計(jì)量芯片之間必須進(jìn)行隔離。圖1是目前主流的智能電表分離器件方案（CPU和計(jì)量芯片分開）卡隔離裝置示意圖。所述隔離裝置包括：

計(jì)量系統(tǒng)101：智能電表的計(jì)量系統(tǒng)101，直接從220V上取電供給計(jì)量芯片，完成電量的計(jì)量，以220V為參考地；

隔離系統(tǒng)102：將計(jì)量芯片的地與CPU系統(tǒng)的地使用光耦隔離開來，需要隔離的信號(hào)包括SPI總線（包括時(shí)鐘傳輸線、片選傳輸線、計(jì)量spi數(shù)據(jù)輸入傳輸線、計(jì)量spi數(shù)據(jù)輸出傳輸線）和電能脈沖輸出。其中SPI總線的通信速率約為幾KHz，使用低速光耦即可滿足要求。

CPU系統(tǒng)103：CPU系統(tǒng)直接從220V取電，但是以大地作為參考，卡與CPU系統(tǒng)105通過ISO7816協(xié)議直接共地連接，可以滿足安全性需求；

485系統(tǒng)（RS485協(xié)議串行通訊系統(tǒng)）104：485系統(tǒng)104用于與上位機(jī)進(jìn)行通信，由于要求4000V耐壓隔離，因此485系統(tǒng)104由一組獨(dú)立的變壓器供電，485系統(tǒng)104需要與CPU系統(tǒng)103使用光耦進(jìn)行隔離。

上述隔離方案成本低廉、使用安全可靠，在智能電表中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著智能電表中主要芯片的集成度越來越高，許多廠家已推出將計(jì)量芯片與CPU集成在一起的SOC芯片，那么SOC芯片的地就必須浮在220V市電上，卡與SOC之間必須進(jìn)行隔離。

圖2是目前智能電表SOC方案卡隔離示意圖，包括：

SOC（System?on?Chip）芯片201：SOC芯片201集成了CPU和計(jì)量等，由一組變壓器和整流LDO（low?dropout?regulator）供電。

485系統(tǒng)202：485系統(tǒng)202與SOC芯片201之間通過低速光耦隔離，由一組獨(dú)立的變壓器和整流LDO供電。

卡203：卡203與SOC芯片201之間需要進(jìn)行隔離，卡203與SOC芯片201之間通過7816總線進(jìn)行通信，如果需要隔離，至少需要四個(gè)低速光耦（卡檢測輸入、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、卡復(fù)位）和一個(gè)高速光耦（卡的時(shí)鐘信號(hào)，1Mhz~5MHz之間）。

現(xiàn)有智能電表分離器件方案的卡隔離技術(shù)成本低廉、使用安全可靠，但是SOC芯片是智能電表未來的發(fā)展趨勢，SOC芯片必須面臨卡表隔離的技術(shù)難題。現(xiàn)有智能電表SOC方案卡隔離方法有如下缺點(diǎn)：

1.需要一個(gè)高速光耦，價(jià)格是低速光耦的8倍左右，成本較高；

2.高速光耦在全溫度范圍內(nèi)有一定的時(shí)鐘相位波動(dòng)，7816協(xié)議對時(shí)鐘的占空比有較高要求，使用高速光耦存在一些可靠性的風(fēng)險(xiǎn)；

3.該方案中的卡隔離需要4個(gè)低速光耦和1個(gè)高速光耦，光耦的功耗很大，不利于能源的節(jié)約利用。

由于SOC智能電表隔離方案不成熟而且成本較高，所以卡表隔離方案成為阻礙SOC卡表市場應(yīng)用的主要障礙之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能電表卡隔離裝置，旨在解決現(xiàn)在智能電表隔離方案不成熟而且成本較高的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種智能電表卡隔離裝置，包括：

輸入端與交流電源連接，為所述裝置提供電源輸入的變壓器；

輸入端與所述變壓器的第一輸出端連接，對變壓器輸出進(jìn)行整流穩(wěn)壓的第一整流穩(wěn)壓模塊；

電源端與所述第一整流穩(wěn)壓模塊的輸出端連接，與上位機(jī)進(jìn)行通信的通信模塊；

輸入端與所述變壓器的第二輸出端連接，對變壓器輸出進(jìn)行整流穩(wěn)壓的第二整流穩(wěn)壓模塊；

電源端與所述第二整流穩(wěn)壓模塊的輸出端連接，計(jì)量電量以及控制所述裝置的系統(tǒng)芯片；

分別與所述通信模塊以及系統(tǒng)芯片連接，傳輸控制信息并進(jìn)行電隔離的第一光耦和第二光耦；

存儲(chǔ)與處理預(yù)付費(fèi)信息的預(yù)付費(fèi)卡；

電源端與所述第一整流穩(wěn)壓模塊的輸出端連接，預(yù)付費(fèi)卡檢測輸入端、預(yù)付費(fèi)卡數(shù)據(jù)輸入端、預(yù)付費(fèi)卡數(shù)據(jù)輸出端以及高速時(shí)鐘端與所述預(yù)付費(fèi)卡連接，完成所述系統(tǒng)芯片與所述預(yù)付費(fèi)卡之間接口轉(zhuǎn)換的接口轉(zhuǎn)換芯片；

輸入端與所述接口轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端連接，輸入端與所述系統(tǒng)芯片的數(shù)據(jù)輸入端連接，傳輸所述預(yù)付費(fèi)卡信息并進(jìn)行電隔離的第三光耦；