[發(fā)明專利]用于電能表的基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的磁隔離供電通信方案

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011036850.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112217401A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 刁瑞朋;張程杰;高生宇
• 申請（專利權(quán)）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: H02M5/12
• 分類號: H02M5/12;H04L27/12;H04L27/14
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種用于電能表的基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的磁隔離供電通信方案。該電路包括主端MCU、主端磁隔離驅(qū)動芯片、磁隔離變壓器、從端芯片及其外圍電路。該電路通過對信號的調(diào)頻和調(diào)幅實現(xiàn)了主端通過磁隔離變壓器對從端的供電以及與從端的雙向通信，省去了同時需向隔離兩端供電的不便，同時實現(xiàn)了從從端芯片到主端MCU的信號流通。本發(fā)明利用數(shù)字調(diào)制技術(shù)和磁隔離變壓器的隔離特性以及能量及信息傳輸特性，在保證設(shè)備及用電安全的同時，擴(kuò)展了磁隔離通信電路的應(yīng)用方向，并簡化了其硬件電路和程序兩方面的設(shè)計難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電能表的基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的磁隔離供電通信方案。

背景技術(shù)

數(shù)字調(diào)制技術(shù)，即數(shù)字電路信號調(diào)制。調(diào)制是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^程，即把基帶信號(信源)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號。通常通過使高頻載波隨信號幅度的變化而改變載波的幅度，相位或者頻率來實現(xiàn)。

磁隔離是基于磁隔離技術(shù)的磁耦隔離器。它使用傳送到給定變壓器初級端的1ns脈沖對輸入邏輯跳變進(jìn)行編碼，這些脈沖從變壓器初級線圈耦合到次級線圈，并且由次級端電路檢測。然后，該電路在輸出端重新恢復(fù)成輸入數(shù)字信號。最終，以此方法進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于電能表的基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的磁隔離供電通信方案。在充分考慮實際應(yīng)用中的通信、供電及隔離要求，在磁隔離變壓器的基礎(chǔ)上，使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，以實現(xiàn)從端芯片到主端MCU的數(shù)據(jù)通信，并避免了需要對隔離兩邊同時上電的不便。

本發(fā)明的供電通信電路通過主端MCU與主端磁隔離驅(qū)動芯片相連，主端磁隔離驅(qū)動芯片與磁隔離變壓器相連，磁隔離變壓器與從端芯片相連。主端MCU與主端磁隔離驅(qū)動芯片可直接通過UART進(jìn)行通信。通過磁隔離變壓器，主端磁隔離驅(qū)動芯片為從端芯片進(jìn)行供電，并進(jìn)行主、從兩端的數(shù)據(jù)通信，并實現(xiàn)了主從兩端的電氣隔離。如圖1所示。

所述主端，是指與主端MCU、主端磁隔離驅(qū)動芯片相連的電氣網(wǎng)絡(luò)。

所述從端，是指與從端芯片相連接的電氣網(wǎng)絡(luò)。

所述主端磁隔離驅(qū)動芯片包括數(shù)字接口模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、磁隔離驅(qū)動模塊、內(nèi)部時鐘、FSK調(diào)制模塊。

所述磁隔離變壓器通過電磁轉(zhuǎn)換實現(xiàn)主端對從端的供電與主從兩端的信號傳輸。

所述從端芯片包括整流穩(wěn)壓模塊、調(diào)幅模塊、數(shù)字解調(diào)模塊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖。

具體實施方式

如圖1所示，主端磁隔離驅(qū)動芯片在外部供電后，開始工作,通過內(nèi)部時鐘和驅(qū)動電路對磁隔離變壓器和從端提供f3頻率的驅(qū)動信號。從端芯片通過調(diào)幅的方式改變驅(qū)動信號的電流幅值，而主端磁隔離驅(qū)動芯片通過檢測驅(qū)動信號的電流幅值，并通過數(shù)字解調(diào)，將從端芯片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過UART傳輸給主端MCU。主端MCU通過UART給主端磁隔離驅(qū)動芯片回復(fù)數(shù)據(jù)，主端磁隔離驅(qū)動芯片再通過頻率調(diào)制，改變驅(qū)動磁隔離變壓器和從端芯片的信號頻率，從端芯片則從不同頻率的驅(qū)動信號中解調(diào)出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

其中，頻率f3的驅(qū)動信號的電流幅值的高低電平分別代表從端發(fā)送的二進(jìn)制比特1和0；頻率f1和f2的驅(qū)動信號分別代表主端相從端發(fā)送的二進(jìn)制比特1和0。

磁隔離變壓器通過兩端無電氣連接的繞組實現(xiàn)了主端與從端的電氣隔離。繞組之間通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)電能量的傳遞和信號的傳輸。

主端MCU與主端磁隔離驅(qū)動芯片通過UART進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，既可以減少對芯片管腳的數(shù)量需求，又可以簡化通信的時序要求。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。