CN112217401A - 用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案 - Google Patents

用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案。该电路包括主端MCU、主端磁隔离驱动芯片、磁隔离变压器、从端芯片及其***电路。该电路通过对信号的调频和调幅实现了主端通过磁隔离变压器对从端的供电以及与从端的双向通信，省去了同时需向隔离两端供电的不便，同时实现了从从端芯片到主端MCU的信号流通。本发明利用数字调制技术和磁隔离变压器的隔离特性以及能量及信息传输特性，在保证设备及用电安全的同时，扩展了磁隔离通信电路的应用方向，并简化了其硬件电路和程序两方面的设计难度。

Description

用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案
技术领域
本发明涉及一种用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案。
背景技术
数字调制技术，即数字电路信号调制。调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合传输的形式的过程，即把基带信号(信源)转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。通常通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或者频率来实现。
磁隔离是基于磁隔离技术的磁耦隔离器。它使用传送到给定变压器初级端的1ns脉冲对输入逻辑跳变进行编码，这些脉冲从变压器初级线圈耦合到次级线圈，并且由次级端电路检测。然后，该电路在输出端重新恢复成输入数字信号。最终，以此方法进行数据通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案。在充分考虑实际应用中的通信、供电及隔离要求，在磁隔离变压器的基础上，使用数字调制技术，以实现从端芯片到主端MCU的数据通信，并避免了需要对隔离两边同时上电的不便。
本发明的供电通信电路通过主端MCU与主端磁隔离驱动芯片相连，主端磁隔离驱动芯片与磁隔离变压器相连，磁隔离变压器与从端芯片相连。主端MCU与主端磁隔离驱动芯片可直接通过UART进行通信。通过磁隔离变压器，主端磁隔离驱动芯片为从端芯片进行供电，并进行主、从两端的数据通信，并实现了主从两端的电气隔离。如图1所示。
所述主端，是指与主端MCU、主端磁隔离驱动芯片相连的电气网络。
所述从端，是指与从端芯片相连接的电气网络。
所述主端磁隔离驱动芯片包括数字接口模块、数字解调模块、磁隔离驱动模块、内部时钟、FSK调制模块。
所述磁隔离变压器通过电磁转换实现主端对从端的供电与主从两端的信号传输。
所述从端芯片包括整流稳压模块、调幅模块、数字解调模块。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，主端磁隔离驱动芯片在外部供电后，开始工作,通过内部时钟和驱动电路对磁隔离变压器和从端提供f3频率的驱动信号。从端芯片通过调幅的方式改变驱动信号的电流幅值，而主端磁隔离驱动芯片通过检测驱动信号的电流幅值，并通过数字解调，将从端芯片传输的数据通过UART传输给主端MCU。主端MCU通过UART给主端磁隔离驱动芯片回复数据，主端磁隔离驱动芯片再通过频率调制，改变驱动磁隔离变压器和从端芯片的信号频率，从端芯片则从不同频率的驱动信号中解调出传输的数据。
其中，频率f3的驱动信号的电流幅值的高低电平分别代表从端发送的二进制比特1和0；频率f1和f2的驱动信号分别代表主端相从端发送的二进制比特1和0。
磁隔离变压器通过两端无电气连接的绕组实现了主端与从端的电气隔离。绕组之间通过电磁感应实现电能量的传递和信号的传输。
主端MCU与主端磁隔离驱动芯片通过UART进行数据传输，既可以减少对芯片管脚的数量需求，又可以简化通信的时序要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于电能表的基于数字调制技术的磁隔离供电通信方案，其特征在于：a、电路由主端MCU、主端磁隔离驱动芯片、磁隔离变压器、从端芯片组成。b、主端与从端电气隔离。c、主端为从端供电，从端无需外加电源。d、从端通过调幅向主端发送数据，主端通过调频向从端发送数据。e、主端磁隔离驱动芯片通过UART与主端MCU通信。
2.根据权利要求1所述主端磁隔离驱动芯片，具有调频、数字解调及电能输出等功能。从端芯片，内部集成整流稳压、频率解调、幅度调制以及ADC采样或485通信功能。
3.根据权利要求1所述主端与从端的电气隔离是指与主端磁隔离驱动芯片相连的网络与从端芯片相连的的网络间不建立电流直接流动的路径，但是信号或是能量仍然可以进行传递。
4.根据权利要求1所述从孤单无需外加电源是指，主端通过磁隔离变压器为从孤单提供电能，从端通过整流稳压从磁隔离变压器传输的信号中获取能量，不用外加电源供电。
5.根据权利要求1所述调频是指主端磁隔离芯片可以在至少3种不通频率间进行输出信号的切换。调幅是指从端芯片可以改变信号的幅值。
6.根据权利要求1所述主端MCU芯片、主端磁隔离驱动芯片具有UART通信功能。
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