CN102468869A

CN102468869A - 增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置

Info

Publication number: CN102468869A
Application number: CN2010105486319A
Authority: CN
Inventors: 李晓东; 蔡震
Original assignee: SHANGHAI PROSPER TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI PROSPER TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开一种增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置，包括2块面积相当的PCB电路板，其中之一为电源板，其上设有保护电路、电源系统、过零检测电路、信号变送器，该电源板提供12V、3.3V、1.05V电压和过零检测信号、电力网信号的发送和接收；另一块为主板，其上设有主芯片、网络芯片、内存、Flash、ADC芯片，该电源板与该主板通过10脚插座和7脚插座相连。本发明可提升装置整体抗干扰能力和安全性，提高通讯速度，减小故障发生率。

Description

增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置

技术领域

本发明属于电力线载波通信终端装置，具体涉及通过把带有较多电网噪声的电源处理电路和高频数字信号处理电路分割到不同的电路板上并达到增强整体抗干扰能力以及提高电气安全性能和缩小体积的电力线载波通信终端装置。

背景技术

在电力线载波通信终端装置的设计中，通常的方法是把所有的电子电路包括电源处理电路和信号处理电路放置在同一块PCB板子上，其目的是把电源处理电路和信号处理电路尽量靠近，避免线路距离所带来的信号衰减损失。由于这类装置的信号是调制在220V的电力线上的，电源处理电路提供两种功能，第一、为该装置提供电源；第二、把调制信号耦合到电力线上或从电力线上分离出来。调制信号由调制与解调电路处理。这种方法的设计初衷是把调制与解调电路尽量靠近与220V联接的耦合变压器，使得信号的衰减幅度最小。图1为该电力线载波通讯系统原方案的方框图，该系统由保护电路、电源系统、控制系统、以太网系统、电力网系统等组成；保护电路主要由F1和MOV1组成，其作用是防过流、防雷等；电源系统由滤波(L3)、整流(D16)、U3(TNY274)和变压器(T2)等组成开关稳压电源(其输出为3V和12V)、U7等组成的1.05V电源电路等构成，为整个装置供电；控制系统由主芯片(U6)、SDRAM(U9)、Flash(U5)、过零检测(U2等)、指示灯及按钮组成，是整个电路的心脏；以太网系统由以太网芯片(U8)、RJ45接口(J2)等构成，主要作用连接以太网；电力网系统主要由AD装换芯片(U11)、稳压二极管D20、信号变送器(T1)、滤波电路等构成，主要完成电力网信号的收发等；图2-A为该电力线载波通讯系统的PCB电路板图的正面图，图2-B为反面图；图3为该电力线载波通讯系统的PCB电路正面板图，主要元件都安装在在正面图，其中通过线分开的右上部分为强电电路，其他部分为弱电电路，其中强电部分由保护电路F1和MOV1、整流(D16)、滤波(L3)、开关电源芯片U3和变压器(T2)等组成；弱电部分由3V、12V整流、滤波电路，3V转换1.05V电路组成。

这种方法的缺点是：

1、电力线220V中的电源噪声会直接耦合到调制与解调电路，使得装置的整体抗干扰能力下降；

2、由于所有电子元器件都放置在同一块电路板上，从而使得装置的体积无法缩小。

3、装置中的电源和信号相互影响，致使通讯性能有所下降。

4、在保证装置较小体积的情况下电子元件密度较大，不容易符合CCC认证要求。

5、装置的空间利用不合理；

6、220V强电电源与信号处理电路处在同一电路板上，容易导致安全性问题。

7、12V电源电压不稳，有时偏高，220V电源上的干扰信号易引起电力网通讯的波动，降低了通讯带宽。

8、装置在230V电压下有过电流重新启动现象。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置，其可有效提升装置整体的抗干扰能力，缩小装置的体积及提高通讯速度、减小故障发生率、提高产品的合格率、提高装置的电气安全性能。

为实现上述目的，本发明提出的增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置，包括2块PCB电路板，第一PCB电路板为电源板，其上设有保护电路、电源系统、过零检测电路、信号变送器，用于提供12V、3.3V、1.05V电压和过零检测信号、电力网信号的发送和接收；第二PCB电路板为主板，其上设有主芯片、网络芯片、内存、Flash、ADC芯片，所述电源板与所述主板通过插座与插针相连接。

作为本发明的进一步特征：所述电源板上设有一个10脚插座和一个7脚插座，所述主板上设有一个10脚插针和一个7脚插针，所述电力网信号、过零检测信号、12V电压通过所述主板上的7脚插针与所述电源板上的7脚插座连接；所述3.3V电压、1.05V电压通过所述主板上的10脚插针与所述电源板上的10脚插座相连。

作为本发明的进一步特征：所述7脚插针与10脚插针之间的间距或7脚插座与10脚插座之间的距离大于40mm，且所述插针的高度为22mm。所述网络芯片和ADC芯片分别设置在主板的两端。

作为本发明的进一步特征：所述电源板采用双层板，所述主板采用四层板，2块PCB电路板面积大致相等。

作为本发明的进一步特征：所述电源系统包括由滤波、整流、开关电源芯片和变压器组成开关稳压电源、稳压电路等电路构成，其中在续流二极管D71旁并联一个由电阻、电容组成的RC电路。

由于采用以上技术方案，本发明的增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置具以下有益效果：

1、提高了通讯速度：原来设计平均通讯速度为75M左右，改进后平通讯速度达83M以上，提高了10％以上。

2、降低了装置对市电的噪声干扰，信号干扰远远低于节能灯、充电器等家电产品。

3、原装置的电压适应范围为100V-230V，改进后电压适应范围为80V-260V。

4、强电电路与信号处理电路分离，减少了强电直接进入信号处理电路的可能性，提高了装置的电气安全性能。

附图说明

图1为电力线载波通信终端装置系统框图。

图2-A为电力线载波通信终端装置原装置PCB板正面图。

图2-B为电力线载波通信终端装置原装置PCB板反面图。

图3为电力线载波通信终端装置原装置PCB板正面强弱电分隔图。

图4为电力线载波通信终端装置原装置PCB板切分大致位置分隔图(图中下面这条线为切分线)。

图5为电力线载波通信终端装置新装置电源板PCB图。

图6为电力线载波通信终端装置新装置主板PCB图。

图7为电力线载波通信终端装置新装置的电源系统电路框图。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图5、6所示，本发明提出的增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置，包括2块面积大致相当的PCB电路板，其中之一为电源板(图5所示)，其采用双层板，其上设有保护电路、电源系统形成的强电部分和弱电电源、过零检测电路、信号变送器，其中强电部分由保护电路F1和MOV1、整流D16、滤波L3、开关电源芯片U3和变压器T2等组成；弱电部分由3V、12V整流、滤波电路，3V转换1.05V电路组成，该电源板提供12V、3.3V、1.05V电压和过零检测信号、电力网信号的发送和接收；另一块为主板(图6所示)，其采用四层板，主板多为贴片元件，易于加工，其上设有主芯片、网络芯片、内存、Flash、ADC芯片及其附属元件，该电源板与该主板通过10脚和7脚相连，主板上为插针J5、J60，电源板上为插座J3、J4，电力网信号、过零检测信号、12V电压等通过该主板上的7脚插针J5与电源板上的7脚插座J3连接；3.3V电压、1.05V电压通过主板上的10脚插针J6与电源板上的10脚插座J5相连；7脚插针与10脚插针之间的间距或7脚插座与10脚插座之间的距离大于40mm，且插针的高度为22mm，确保信号相互干扰较小。

如图1所示的电源系统由滤波L3、整流D16、开关电源芯片U3(TNY274)和变压器T2等组成开关稳压电源(其输出为3V和12V)、稳压电路U7等组成的1.05V电源电路等构成，原电源电路系统中U3、T2等组成的开关电源电路中，由于C72和R73直接连接于U3的D、S之间，使得U3在开关的瞬间通过U3的D端电流较大，增加了U3过载的机会，特别是周围温度较高，电源电压不稳或增高时，U3瞬间过电流会发生重启现象，导致设备工作的稳定性变差。如图7所示，在续流二极管D71旁并联一个由电阻R73、电容C72组成的RC电路，使得U3的D端开启的瞬间电流减小，增加了电源的稳定性。将U3外围电路进行优化后，提高了装置的带负载能力，减小了电源的发热，提高了电源系统的效率，使电源系统可以在70摄氏度、260V交流电压下稳定工作。12V电压增加了稳压模块，使输入电压更加符合电力网模块的工作，提高电力网模块的传输效率和稳定性，降低了电力网模块的功耗。

本发明中将网络芯片和ADC芯片分别设置在主板的两端，将主芯片远离电源变压器和信号发送变压器，减小了电源板和主板间的电磁干扰，提高通讯速度。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims

1.一种增强抗干扰能力和安全性的电力线载波通信终端装置，其特征在于：包括2块PCB电路板，第一PCB电路板为电源板，其上设有保护电路、电源系统、过零检测电路、信号变送器，用于提供12V、3.3V、1.05V电压和过零检测信号、电力网信号的发送和接收；第二PCB电路板为主板，其上设有主芯片、网络芯片、内存、Flash、ADC芯片，所述电源板与所述主板通过插座与插针相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源板上设有一个10脚插座和一个7脚插座，所述主板上设有一个10脚插针和一个7脚插针，所述电力网信号、过零检测信号、12V电压通过所述主板上的7脚插针与所述电源板上的7脚插座连接；所述3.3V电压、1.05V电压通过所述主板上的10脚插针与所述电源板上的10脚插座相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述7脚插针与10脚插针之间的间距或7脚插座与10脚插座之间的距离大于40mm，且所述插针的高度为22mm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述网络芯片和ADC芯片分别设置在主板的两端。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源板采用双层板。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主板采用四层板。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：2块PCB电路板面积大致相等。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源系统包括由滤波、整流、开关电源芯片和变压器组成开关稳压电源、稳压电路等电路构成，其中在续流二极管旁并联一个由电阻、电容组成的RC电路。