一种通讯隔离电路及IR46电能表工况仿真装置的制作方法

本申请涉及电路技术领域，特别涉及一种通讯隔离电路；还涉及一种ir46电能表工况仿真装置。

背景技术：

ir46电能表工况仿真装置通过上位机命令控制fpga模拟被测ir46电能表内部的时钟、计量、存储等芯片，与被测ir46电能表的核心板的单片机进行信号传输，模拟被测ir46电能表软件运行所需要的真实的输入，记录软件运行的输出结果。硬件主要完成外围设备的接口连接，测试执行、测试监控、外围设备的数据处理功能由软件实现。其中，ir46核心板即被测ir46电能表的核心板的电源系统与fpga模拟电路的电源系统不一样，ir46核心板的电源系统的电压为5v，fpga模拟电路的电源系统的电压为3.3v。为为了兼容不同的电源系统，需要在fpga模拟电路与ir46核心板之前设置电平匹配电路。

目前，ir46电能表工况仿真装置，内部主控mcu与fpga装置的串口通信电路需要满足高速通信，且fpga装置与主控mcu之间电气隔离，所以需要采用高速隔离通信芯片，现有技术方案中采用容隔离芯片进行隔离通信。然而，方案所用的容隔离芯片，本身相当于一个电容，高频变压器次级绕组之间的干扰噪声传递，会通过容隔离芯片形成回路，从而在容隔离芯片上产生干扰电流和干扰电压，影响容隔离芯片的高速通信信号的传递，导致波形失真，通信成功率低等问题。

有鉴于此，如何解决容隔离芯片引入开关电源噪声导致通信成功率低、波形失真等问题已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种通讯隔离电路，能够有效降低容隔离芯片的干扰电压，解决容隔离芯片引入开关电源噪声导致通信成功率低、波形失真等问题；本申请的另一目的是提供一种ir46电能表工况仿真装置，同样具有上述技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种通讯隔离电路，包括：

开关电源、第一滤波电路、第二滤波电路、容隔离芯片以及旁路电容；所述旁路电容的两端分别连接所述容隔离芯片的第一地管脚与第二地管脚；所述第一滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第一次级绕组与所述容隔离芯片的第一地管脚，所述第二滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第二次级绕组与所述容隔离芯片的第二地管脚。

可选的，所述第一滤波电路包括：

第一开关二极管、第一电阻、第一电容、第二电容以及第三电容；所述第一电阻与所述第一电容串联后与所述第一开关二极管并联，且所述第一开关二极管的阳极所在的公共端与所述第一次级绕组的同名端相连，所述第一开关二极管的阴极所在的公共端与所述第二电容的一端以及所述第三电容的一端相连，所述第二电容的另一端接地，所述第三电容的另一端连接所述第一地管脚，所述第一次级绕组的另一端接地。

可选的，所述第二滤波电路包括：

第二开关二极管、第二电阻、第四电容、第五电容以及第六电容；所述第二电阻与所述第四电容串联后与所述第二开关二极管并联，且所述第二开关二极管的阳极所在的公共端与所述第二次级绕组的同名端相连，所述第二开关二极管的阴极所在的公共端与所述第五电容的一端以及所述第六电容的一端相连，所述第五电容的另一端接地，所述第六电容的另一端连接所述第二地管脚，所述第二次级绕组的另一端接地。

可选的，还包括：

第一屏蔽层与第二屏蔽层；所述第一屏蔽层位于所述第一次级绕组与所述变压器的磁芯之间，所述第一屏蔽层的一端接地，另一端置空，所述第二屏蔽层位于所述第二次级绕组与所述变压器的磁芯之间，所述第二屏蔽层的一端接地，另一端置空。

可选的，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层均为屏蔽绕组。

可选的，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层均为屏蔽金属箔。

可选的，所述屏蔽金属箔具体为屏蔽铜箔。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种ir46电能表工况仿真装置，所述ir46电能表工况仿真装置包括如上所述的通讯隔离电路。

本申请所提供的通讯隔离电路包括：开关电源、第一滤波电路、第二滤波电路、容隔离芯片以及旁路电容；所述旁路电容的两端分别连接所述容隔离芯片的第一地管脚与第二地管脚；所述第一滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第一次级绕组与所述容隔离芯片的第一地管脚，所述第二滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第二次级绕组与所述容隔离芯片的第二地管脚。

可见，本申请所提供的通讯隔离电路，在容隔离芯片的第一地管脚与第二地管脚之间连接旁路电容，即在容隔离芯片所跨接的两个次级绕组之间加入旁路电容，将开关电源两个次级绕组之间的噪声源大部分干扰信号通过旁路电容滤除，剩下的微弱干扰信号由容隔离芯片自身可以滤除，从而能够有效降低容隔离芯片的干扰电压，解决了容隔离芯片引入开关电源噪声导致通信成功率低、波形失真等问题。

本申请所提供的ir46电能表工况仿真装置同样具有上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种通讯隔离电路的示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种通讯隔离电路的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种等效电路图；

图4为本申请实施例所提供的另一种等效电路图；

图5为本申请实施例所提供的在一种通讯隔离电路的示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种ir46电能表工况仿真装置的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种通讯隔离电路，能够有效降低容隔离芯片的干扰电压，解决容隔离芯片引入开关电源噪声导致通信成功率低、波形失真等问题；本申请的另一核心是提供一种ir46电能表工况仿真装置，同样具有上述技术效果。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种通讯隔离电路的示意图，参考图1所示，该通讯隔离电路包括：

开关电源、第一滤波电路10、第二滤波电路20、容隔离芯片30以及旁路电容c；旁路电容c的两端分别连接容隔离芯片30的第一地管脚与第二地管脚；第一滤波电路10分别连接开关电源中变压器的第一次级绕组t1与容隔离芯片30的第一地管脚，第二滤波电路20分别连接开关电源中变压器的第二次级绕组t2与容隔离芯片30的第二地管脚。

具体而言，本申请所提供的通讯隔离电路主要包括开关电源、第一滤波电路10、第二滤波电路20、容隔离芯片30以及旁路电容c。其中，由于容隔离芯片30自身相当于一个电容，容值约为5pf，所以当其应用在开关电源的高频变压器两个次极绕组之间的系统电路上时，会将两个次级绕组间产生的噪声信号电流引入。而当有噪声电流引入到容隔离芯片30时，会引起容隔离芯片30自身电压波动，通信信号失真等问题。故为了解决上述问题，本申请在容隔离芯片30的第一地管脚与第二地管脚之间连接旁路电容c，即在容隔离芯片30所跨接的两个次级绕组之间加入旁路电容c，以对噪声信号进行滤除，将开关电源的两个次级绕组之间的噪声源大部分干扰信号通过旁路电容滤除，剩下的微弱干扰信号由容隔离芯片30自身滤除，由此提高容隔离芯片30的抗干扰性能。

电容的容抗xc＝1/(2πfc)；即电容的容值c越大，容抗xc越低，所滤除的干扰信号电流越大；因此，所选旁路电容c约为容隔离芯片30自身容值的10～100倍。同时，考虑交流绝缘耐压的问题，旁路电容c的电容值不宜太大，太大则漏电流会比较大。所以可以选用47pf的安规电容。将旁路电容c跨接在容隔离芯片30两端，从而将开关电源两个次级绕组之间干扰信号旁路，使之不通过容隔离芯片30，由此提升容隔离芯片30的抗干扰能力。

第一滤波电路10分别连接开关电源中变压器的第一次级绕组t1与容隔离芯片30的第一地管脚，第二滤波电路20分别连接开关电源中变压器的第二次级绕组t2。第一次级绕组t1产生5v_a的电源，地为gnd，第二次级绕组t2产生5v_b的电源，地为agnd。第一滤波电路10与第一次级绕组t1构成第一降压电路，第二滤波电路20与第二次级绕组t2构成第二降压电路。

其中，在一种具体的实施方式中，第一滤波电路10包括第一开关二极管d1、第一电阻r1、第一电容c1、第二电容c2以及第三电容c3；第一电阻r1与第一电容c1串联后与第一开关二极管d1并联，且第一开关二极管d1的阳极所在的公共端与第一次级绕组t1的同名端相连，第一开关二极管d1的阴极所在的公共端与第二电容c2的一端以及第三电容c3的一端相连，第二电容c2的另一端接地，第三电容c3的另一端连接第一地管脚，第一次级绕组t1的另一端接地。

具体而言，参考图2所示，第一开关二极管d1作为第一次级绕组t1的开关二极管，第二电容c2作为第一次级绕组t1的滤波储能电容，第一电阻r1与第一电容c1组成第一次级绕组t1的emi滤波电路。

另外，在一种具体的实施方式中，第二滤波电路20包括：第二开关二极管d2、第二电阻r2、第四电容c4、第五电容c5以及第六电容c6；第二电阻r2与第四电容c4串联后与第二开关二极管d2并联，且第二开关二极管d2的阳极所在的公共端与第二次级绕组t2的同名端相连，第二开关二极管d2的阴极所在的公共端与第五电容c5的一端以及第六电容c6的一端相连，第五电容c5的另一端接地，第六电容c6的另一端连接第二地管脚，第二次级绕组t2的另一端接地。

具体而言，参考图2所示，第二开关二极管d2作为第二次级绕组t2的开关二极管，第五电容c5作为第二次级绕组t2的滤波储能电容，第二电阻r2与第四电容c4组成第二次级绕组t2的emi滤波电路。

开关电源的高频变压器上的第一次级绕组t1与第二次级绕组t2之间存在噪声干扰，噪声源为两边次级绕组绕组的开关二极管，当开关二极管在开关瞬间会产生较高的尖峰电压噪声，该尖峰电压噪声会通过高频变压器磁芯之间及次级绕组之间的层间电容进行传递。且由于容隔离芯片30本身相当于一个电容，次级绕组之间的干扰噪声传递，会通过容隔离芯片30形成回路，从而在容隔离芯片30上产生干扰电流和干扰电压，影响容隔离芯片30的高速通信信号的传递，导致波形失真，通信成功率低等问题。在不设置旁路电容c的情况下，通讯隔离电路的等效电路如图3所示，其中，ctp表示高频变压器绕组间的干扰源，假设该干扰源的电压信号为ui，r为系统内阻，包括开关二极管、限流电阻、pcb布线等；cp为容隔离芯片30的电容值，容抗为ra，鉴于该电路产生电流路径，干扰电流i1＝ui/(r+ra)。容隔离芯片30上的干扰电压uc＝ui-i1*ra。由于容隔离芯片30的电容值小，容抗大，所以干扰电流i1很小，于是i1*ra很小，导致干扰电压uc很大。

为了降低干扰电压，本申请在容隔离芯片30的两端跨接旁路电容c，在设置旁路电容c的情况下，通讯隔离电路的等效电路如图4所示，其中，旁路电容c，容抗为rb，容值为容隔离芯片30的电容值的的10～100倍，由于旁路电容c的容值较大，容抗rb较小，所以干扰电流i1相较于不设置旁路电容c的情况增大了许多。因为干扰电压uc＝ui-i1*ra，i1增大，i1*ra也增大，所以干扰电压uc变小，实现降低干扰电压的目的。

进一步，在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，通讯滤波电路还包括：第一屏蔽层p1与第二屏蔽层p2；第一屏蔽层p1位于第一次级绕组t1与变压器的磁芯之间，第一屏蔽层p1的一端接地，另一端置空，第二屏蔽层p2位于第二次级绕组t2与变压器的磁芯之间，第二屏蔽层p2的一端接地，另一端置空。

具体的，参考图5所示，为更好的提升容隔离芯片30的抗干扰能力，本实施例中，在开关电源的高频变压器的这两个次级绕组之间各增加一个屏蔽层，做层间屏蔽，切断两个次级绕组之间的噪声信号传输路径，使之不形成回路，从而直接通过屏蔽层滤除噪声信号。具体而言，在第一次级绕组t1与磁芯之间添加第一屏蔽层p1，在第二次级绕组t2与磁芯之间添加第二屏蔽层p2。其中，第一屏蔽层p1的两端置空，第二屏蔽层p2的一端与机壳地或是开关电源的大地相连，另一端置空。cr1表示第一屏蔽层p1和第一次级绕组t1之间的等效层间电容，cr2表示第二屏蔽层p2和第二次级绕组t2之间的等效层间电容，cr3为第一屏蔽层p1和第二屏蔽层p2之间的等效层间电容。第一次级绕组t1产生的干扰信号通过cr1-第一屏蔽层p1-cr3-地的路径滤除，从而不会对第二次级绕组t2产生影响。第二次级绕组t2产生的干扰信号通过cr2-第二屏蔽层p2-地的路径滤除，故不会对第一次级绕组t1产生影响。

其中，在一种具体的实施方式中，第一屏蔽层p1与第二屏蔽层p2可均为屏蔽绕组。在另一种具体的实施方式中，第一屏蔽层p1与第二屏蔽层p2均可为屏蔽金属箔。且可选的，屏蔽金属箔具体为屏蔽铜箔。即第一屏蔽层p1与第二屏蔽层p2均为屏蔽铜箔。

可以明白的是，上述第一屏蔽层p1与第二屏蔽层p2的实施例仅为本申请所提供的具体的实施方式，而非唯一限定，可以根据实际应用需要进行差异性设置。

综上所述，本申请所提供的通讯隔离电路包括开关电源、第一滤波电路、第二滤波电路、容隔离芯片以及旁路电容；所述旁路电容的两端分别连接所述容隔离芯片的第一地管脚与第二地管脚；所述第一滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第一次级绕组与所述容隔离芯片的第一地管脚，所述第二滤波电路分别连接所述开关电源中变压器的第二次级绕组与所述容隔离芯片的第二地管脚。该通讯隔离电路，在容隔离芯片的第一地管脚与第二地管脚之间连接旁路电容，即在容隔离芯片所跨接的两个次级绕组之间加入旁路电容，将开关电源两个次级绕组之间的噪声源大部分干扰信号通过旁路电容滤除，剩下的微弱干扰信号由容隔离芯片自身可以滤除，从而能够有效降低容隔离芯片的干扰电压，解决了容隔离芯片引入开关电源噪声导致通信成功率低、波形失真等问题。

本申请还提供了一种ir46电能表工况仿真装置，参考图6所示，该ir46电能表工况仿真装置包括上述实施例所述的通讯隔离电路。对于本申请所提供的ir46电能表工况仿真装置中的通讯隔离电路的介绍请参照上述通讯隔离电路的实施例即可，本申请在此不做赘述。另外，对于ir46电能表工况仿真装置中的fpga、主控mcu等，本申请在此同样不作赘述，参考现有的相关技术即可。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的通讯隔离电路以及ir46电能表工况仿真装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。