具有隔离电源的电路和具有RS485接口的设备的制作方法

本实用新型总体涉及电源隔离领域，尤其涉及一种为RS485接口提供隔离电源的电路和设备。

背景技术：

出于人身安全、信号安全等原因，隔离电源广泛应用于电子设备中。电源隔离大体上具有如下作用：其一，实现安全隔离，即防止人体接触而导致意外伤害；其二，实现信号噪声的隔离，例如避免模拟电路与数字电路之间经由电源电路形成的信号干扰，或者例如避免强、弱信号之间经由电源电路形成的信号串扰。此外，电源隔离还便于实现例如过压、短路等保护措施和实现稳压和降噪等功能。

RS485接口为一种用于串行通信的标准接口，其可以有效地用于长距离通信和电气干扰环境。RS485接口也可以用来构建总线式网络拓扑结构。RS485接口广泛应用在例如暖通空调(HVAC)系统中的控制器、监视器、控制模块，消防领域的控制器和监视设备，以及其他具有通信功能的设备中。实际使用中，通常需要为RS485接口提供电源隔离，以保证使用的安全性和可靠性。

图1示例性地示出了现有的一种用于RS485接口的隔离电源电路。如图1所示，隔离电源100包括：一个异步直流(DC-DC)转换器110以及一个DC-DC隔离电源120。具体地，在图1中，异步DC-DC转换器110具有两个输入端I+和I-，其可以接收例如直流+24V的电源输入。异步DC-DC转换器110的输出端SW连接到电感L1的一端。电感L1的另一端和地电位GND之间连接有一个电容C1。电感L1和电容C1连接成L形的滤波电路。二极管D1连接在输出端SW和地电位GND之间，用于在续流阶段提供单向的续流通路。在电感L1和电容C1之间的结合点Q可提供第一电源，例如该第一电源为+5V。在图1中，DC-DC隔离电源120具有两个输入端，其分别连接到第一电源+5V和地电位GND，从而由第一电源+5V供电。DC-DC隔离电源120还具有两个输出端，即第二电源+5V_ISO和第二地电位GND_ISO。第二电源+5V_ISO和第二地电位GND_ISO均与第一电源+5V和地点位GND相互电气隔离。这里，由于使用了DC-DC隔离电源，第二电源与第一电源彼此电气隔离、相互独立。

图1所示出的隔离电源设计特别适于给例如RS485接口的接口或组件提供隔离的电源，以实现安全和免信号干扰等。然而，图1所示的隔离电源中，DC-DC隔离电源120的价格与异步DC-DC转换器110的价格相当，甚或更高，从而导致图1的隔离电源成本过高。出于成本考虑，某些应用中则不得不采用非电源隔离的设计。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种具有隔离电源的电路，其能够以相对低廉的价格提供隔离的电源。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种具有隔离电源的电路，包括：一个同步DC-DC转换器，其具有两个输入端和输出端，所述输入端接收一直流输入；一个隔离变压器，其具有彼此电气隔离的原边绕组和副边绕组，其中所述原边绕组和一个电容器串联连接在所述同步DC-DC转换器的输出端和地电位之间，且在所述原边绕组与所述电容器的结合点处提供第一电源；所述副边绕组提供第二电源，所述第二电源与所述第一电源电气上彼此隔离。优选地，所述隔离变压器的原边绕组和副边绕组的匝数比为1:1。

在上述方案中，隔离变压器的原边绕组一方面用作同步DC-DC转换器的外围储能电感，另一方面以电气隔离方式向副边绕组提供电能。这种方案能够在省去一个隔离DC-DC电源的情况下实现电源隔离。若从成本方面考虑，由于省去了一个隔离DC-DC电源且复用隔离变压器的原边绕组，隔离电源的成本可以降低50％。50％的成本缩减对于大批量生产而言是非常可观的。

优选地，所述同步DC-DC转换器包括：第一MOSFET，其连接在一个所述输入端和所述输出端之间；第二MOSFET，其连接在所述输出端和另一个所述输入端之间；一个驱动电路，其控制所述第一和第二MOSFET的导通或关断。

优选地，所述电路还包括：第一信号端，其由所述第一电源供电；第二信号端，其由所述第二电源供电；至少一个光耦，其连接在所述第一信号端和所述第二信号端之间。由此，可以不仅实现电源隔离，还同时实现信号隔离。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型还提出一种具有RS485接口的设备，其特征在于，包括：上述的电路，其提供彼此隔离的第一电源和第二电源，其中所述第一电源和第二电源中之一为所述RS485接口供电。优选地，所述设备为用于暖通空调系统的控制设备，或者用于消防系统的控制器。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出了现有技术中的一种隔离电源的电路结构示意图。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的隔离电源的电路结构示意图。

图3示出了图2中所示出的同步DC-DC转换器的结构示意图。

图4示出了根据本实用新型又一个实施例的电路结构的示意图。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图2示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的隔离电源200。如图2所示，隔离电源200包括一个同步DC-DC转换器210和一个隔离变压器220。同步DC-DC转换器210具有两个输入端I+、I-和一个输出端SW。两个输入端I+、I-可以接收一直流输入，例如24V直流输入。可选地，若在同步DC-DC转换器210前增加整流滤波电路，隔离电源200也可以接收例如24V的交流输入。

图3示例性地示出了一种同步DC-DC转换器的结构示意图。如图3所示，同步DC-DC转换器210包括两个受控开关管Q1和Q2，以及一个驱动电路212。在图3的例子中，受控开关管为场效应金属氧化物半导体管(MOSFET管)。开关管Q1连接在输入端I+和输出端SW之间。开关管Q2连接在输出端SW和输入端I-之间。驱动电路212连接到受控开关管Q1和Q2的受控端，用来按照预定时序控制两个开关管的导通或关断。优选地，图2和图3中示出的同步DC-DC转换器210可以选用市售的德州仪器公司出品的LM2507电源模块。

隔离变压器220具有彼此电气隔离的原边绕组222和副边绕组224。原边绕组222和一个电容器C2串联连接在同步DC-DC转换器的输出端SW和地电位GND之间。原边绕组222与电容器C2构成滤波电路，且在其结合点处提供第一电源+5V。副边绕组224提供第二电源+5V_ISO。优选地，副边绕组224与一个二极管D2串联，以防止反向电流的流动。

图2中，隔离变压器220的原边绕组222一方面用作同步DC-DC转换器210的外围储能电感，另一方面以电气隔离方式向副边绕组224提供电能。这种方案能够在省去一个隔离DC-DC电源的情况下实现电源隔离。若从成本方面考虑，由于省去了一个隔离DC-DC电源且复用隔离变压器的原边绕组，图2所示的隔离电源200的成本是图1所示隔离电源的50％。50％的成本缩减对于大批量生产而言是非常可观的。

这里，由于两个彼此电气隔离的电源的电压相同，隔离变压器220原副边绕组匝数比可以为1:1。若实际应用需要不同的电源电压，隔离变压器220可以选用其他适合的匝数比。采用隔离变压器充当隔离元件，不仅可以实现隔离作用，还可以方便地实现不同电源电压之间的转换。

图4示出了根据本实用新型又一个实施例的具有RS485接口的设备40的示意图。如图4所示，RS485收发器340具有电源端P、接地端G、板上信号连接端Tx、Rx，以及外接信号端A、B。设备40包括隔离电源200和信号隔离部分300，分别为RS485收发器提供电源隔离和信号隔离。

隔离电源200与图2所示相同，其能够提供彼此电气隔离的第一电源+5V、第一地电位GND，以及第二电压+5V_ISO、第二地电位GND_ISO，这里不再赘述。信号隔离部分300包括一个与RS485收发器340交互信号的板上CPU 330。CPU 330连接到第一电源+5V和GND。RS485收发器340连接到第二电源+5V_ISO和GND_ISO。由此，CPU和RS485收发器实现电源隔离。

在信号隔离部分，CPU 330具有两个信号端TX和RX，其中TX用来发送信号，RX用来接收信号。CPU 330的两个信号端可以分别与RS485收发器340的两个信号端Tx和Rx信号连接。CPU 330的信号端TX和RS485收发器340的信号端Tx之间通过一个隔离光耦OPT_T连接。同样，CPU 330的信号端RX和RS485收发器340的信号端Rx之间也通过一个隔离光耦OPT_R连接。可选地，对于其他需要隔离的接口，CPU 330也可以具有一个收发信号端TRX。相应地，收发器340的板上信号端也可以为一个信号端Trx。信号端TRX和Trx之间同样可以通过一个光耦来实现信号连接。这样，图4的设备40中就不仅实现了RS485收发器电源隔离，还实现了信号隔离。

在图4的例子中，具有RS485接口的设备40可以是例如任何具有通信能力的设备，尤其可以是暖通空调领域内的控制器、监视器等，或者消防系统中的控制器、层显，或者其他需要具有通信能力的设备。

在以上实施例中均以RS485接口为例来描述本实用新型。然而，本实用新型提出的电路并不仅仅适用于RS485接口，其还可以应用在其他任何需要电源隔离的信号接口、电路接口、电路模块、子电路板等。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。