[發明專利]一種基于高速磁隔離通信的電能表解決方法

在審

• 申請號: 201911326909.5
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN112213555A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 刁瑞朋;閆樂樂;解文豪
• 申請（專利權）人: 青島鼎信通訊股份有限公司;青島鼎信通訊科技有限公司
• 主分類號: G01R22/06
• 分類號: G01R22/06;G01R22/10;H04L12/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高速磁隔離通信的電能表解決方法，包括：中央處理器、數據采集模塊、通信模塊、電能計量模塊、存儲模塊、顯示模塊、安全傳輸模塊、電源模塊。所述數據采集模塊、電能計量模塊、存儲模塊、顯示模塊、安全傳輸模塊、電源模塊均分別與中央處理器連接，通信模塊與安全傳輸模塊互相連接。與現有技術相比，本發明在電能計量模塊和中央處理器的連接方式采取了更加穩定多功能的高速磁隔離通信連接方式。

技術領域

本發明屬于本發明涉及智能電能表領域，尤其是一種基于高速磁隔離通信的電能表解決方法。

背景技術

在電表中，RS485通信模塊及計量模塊接口部分經常會存在誤操作、靜電或雷擊浪涌之類的沖擊，會在接口端產生高電壓，若各模塊之間地沒有安全的隔離，過電壓會通過電源和地線在設備中傳播，不但會損壞接口芯片，還會牽連到核心芯片MCU。因此，業內通常對各模塊單獨供電，前后級之間通過各種方式進行隔離，以保障設備和操作人員的安全。

目前，電能表基本都采用光耦進行隔離，基本實現結構如圖1所示。在基于光耦的隔離方案中，電源需要提供三路隔離電源，分別給主MCU控制電路、RS485 通信電路、計量電路供電；電源設計需要增加變壓器繞組進行隔離為各路隔離模塊進行供電，每一路繞組需要提供單獨的整流穩壓電路。這就導致電源結構復雜，體積大，外圍電路復雜，PCB布局難度大，成本高。如圖1中的隔離方案，至少需要3路隔離的電源，對電源設計要求較高。此種光耦隔離方案還存在有效傳輸速率不高的缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高速磁隔離通信的電能表解決方法。

本發明的技術方案是在充分考慮電能表應用需求的基礎上，使用一種全新的磁耦傳輸技術，兼顧隔離供電和隔離通信，利用磁耦隔離芯片及磁耦變壓器實現主MCU控制電路和從端RS485電路、計量電路的供電及通信；采用變壓器單路抽頭輸出的單路電源供電方案形成新一代的電能表解決方案。克服了光耦的缺陷及多路輸出變壓器工藝復雜、應用穩定性差的缺陷。

其特征在于：a、電能表主MCU與從端之間通過磁耦隔離芯片及磁耦變壓器建立連接，利用磁耦變壓器的電氣隔離性能，實現主MCU和從端之間的電氣隔離。b、整個電能表的供電，由電源電路單路電源輸出提供給主MCU；從端電路的供電，由主MCU端通過磁耦隔離芯片及磁耦變壓器，采用調制解調和整流濾波技術實現。

所述電能表主MCU，具有UART接口，內部集成磁耦隔離主芯片，用于完成和從端的通信及供電。

所述從端，是指電表的RS485電路和計量電路，其中RS485芯片內部集成磁耦隔離從芯片，計量芯片內部也集成磁耦隔離從芯片。

所述磁耦隔離芯片，分為磁耦隔離主芯片和磁耦隔離從芯片。主芯片采用采用頻率調制技術實現數字信號發送，采用幅度解調技術實現數字信號接收；從芯片采用頻率解調技術實現數字信號接收，采用幅度調制技術實現數字信號發送。

所述磁耦變壓器，通過磁路耦合完成初級線圈及次級線圈的能量轉換及信號傳輸。

所述電氣隔離，包括通訊隔離和供電隔離。通訊隔離指通過磁耦變壓器傳輸數字信號，實現主從端雙向半雙工異步串行通信；供電隔離指從端供電由主端MCU通過磁耦變壓器提供。

所述單路電源輸出，是指電源模塊僅提供一路電源給主MCU模塊，RS485模塊及計量電路模塊不再由電源變壓器單獨供電，電源模塊變壓器的次級電壓輸出由之前的三路簡化到只有一路，電源模塊變壓器次級線圈只有一組，電源模塊變壓器次級整流濾波電路只有一路。

附圖說明

圖1：光耦隔離通信方案系統框圖。

圖2：磁耦隔離通信方案系統框圖。

圖3：基于磁耦通信及單路電源輸出技術的新一代電能表框圖。

具體實施方式