CN105592614A - 一种系统节电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统节电器，包括：第一继电器，第二继电器，串联的第一电感与第二电感，MCU模块，以及分别与MCU模块相连的电源模块、采集单元、电力载波模块和驱动单元；其中，所述第一电感为过压绕组，所述第二电感为降功率绕组；所述电源模块为所述MCU模块提供工作电压；所述电力载波模块接收由集中控制器发送的电力载波信号，并将所述电力载波信号进行解调处理后发送给MCU模块；以及接收所述MCU模块反馈的反馈指令，并将所述反馈指令转换成电力载波信号，并通过将其耦合到交流电源线上发送给所述集中控制器；所述反馈指令为当前放电灯的工作状态信息；本发明的优点是：操作简单，方便使用。

Description

一种系统节电器

技术领域

本发明涉及一种系统节电器。

背景技术

随着生活水平的不断提高，人们对城市照明环境的要求也越来越高，不仅仅需要安全照明，也增添了提升城市形象的照明。有关部门规定：在正常照明时段，应达到标准规定的照度，在不需要正常照明时段(例如下半夜)，可仅保留安全的照度，其照度值一般掌握在标准的一半。而目前城市形象照度往往是标准照度的几倍，远远超过国家标准，在只需要保留安全照度的情况下，浪费了大量的能源。因此在不需要城市形象照度的时段，使照度下降到安全照度以达到节能的目的成为必然。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统节电器，其可以解决现有技术中的上述缺点。

本发明采用以下技术方案：

一种系统节电器，包括：第一继电器，第二继电器，串联的第一电感与第二电感，MCU模块，以及分别与MCU模块相连的电源模块、采集单元、电力载波模块和驱动单元；

其中，所述第一电感为过压绕组，所述第二电感为降功率绕组；

所述电源模块为所述MCU模块提供工作电压；

所述电力载波模块接收由集中控制器发送的电力载波信号，并将所述电力载波信号进行解调处理后发送给MCU模块；以及接收所述MCU模块反馈的反馈指令，并将所述反馈指令转换成电力载波信号，并通过将其耦合到交流电源线上发送给所述集中控制器；所述反馈指令为当前放电灯的工作状态信息：所述的电力载波模块包括第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道；所述第一电力载波耦合通道设置在交流电缆的火线与零线之间，在交流电缆的火线与零线之间接收和发送第一载波信号；所述第二电力载波耦合通道设置在交流电缆的地线与零线之间，在交流电缆的地线与零线之间接收和发送第二载波信号还包括滤波电路、电力载波处理电路和载波功放电路，所述第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道并联且与所述滤波电路的一端相连，所述滤波电路的另一端与电力载波处理电路的输入端相连，所述电力载波处理电路的输出端与载波功放电路的输入端相连，所述载波功放电路的输出端分别与所述第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道相连；

所述MCU模块依据所述电力载波模块发送的电力载波信号，或接收到的所述采集单元采集的经过隔离保护后的电压信号，生成相应的MCU指令；

所述驱动单元接收所述MCU指令，驱动所述第一继电器或第二继电器动作，且所述驱动单元包括，脉冲方波发生器和至少一个驱动模块；

所述脉冲方波发生器的输出端连接驱动模块的第一输入端，且该脉冲方波发生器向驱动模块的第一输入端输入高频方波脉冲信号，所述驱动模块还具有用于输入低频驱动信号的第二输入端，该驱动模块包括信号转换电路单元和驱动电路单元，信号转换电路单元和驱动电路单元之间通过脉冲变压器相连接；

在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述信号转换电路单元将所输入的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为交流高频脉冲信号，所述的脉冲变压器对该交流高频脉冲信号进行隔离变压后通过所述的驱动电路单元输出驱动电压信号；所述的驱动模块设为至少两个，每个驱动模块的第一输入端分别连接所述脉冲方波发生器的输出端，每个驱动模块的第二输入端分别用于输入相应的低频驱动信号；

所述电源模块包括，一电压转换单元、一过压保护单元及一电源供应器，所述电压转换单元的输入端与所述电源供应器相连以接收所述电源供应器提供的第一电压，所述电压转换单元的输出端与所述电子元件相连；所述的过压保护单元包括信号输入端、信号处理电路、低压限幅电路、高压限幅电路，其中，所述信号输入端接有输入电阻；所述低压限幅电路包括第一限幅控制电压、第一分压电阻、第二分压电阻、第一限幅电容和NPN双极型晶体管；所述高压限幅电路包括第二限幅控制电压、第三分压电阻、第四分压电阻、第二限幅电容和PNP双极型晶体管；

所述采集单元包括：用于对待测量系统进行数据采集和/或输出的数据采集模块；与所述数据采集模块连接、用于对所述数据采集模块进行逻辑控制的从逻辑控制模块；用于与所述从逻辑控制模块以及上位机总线进行通信的主逻辑控制模块；所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块之间连接有用于进行电气隔离的电气隔离模块；所述主逻辑控制模块还连接有总线桥模块，所述总线桥模块用于实现所述主逻辑控制模块与所述上位机总线之间的通信；所述电气隔离模块包括：分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行电源隔离的电源隔离模块；分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行信号隔离的信号隔离模块；所述从逻辑控制模块包括：从数据封装模块，分别与所述数据采集模块和所述电气隔离模块连接，用于对所述数据采集模块采集的第一数据进行封装并经所述电气隔离模块传输给所述主逻辑控制模块；所述主逻辑控制模块包括：主数据解封装模块，分别与所述电气隔离模块和所述总线桥模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第一数据进行解封装处理、并经所述总线桥模块发送给所述上位机总线；和/或，所述从逻辑控制模块还包括：从数据解封装模块，与所述电气隔离模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第二数据进行解封装处理并向待测量系统侧输出。

所述第一继电器和第二继电器相连的连接点与所述第一电感和第二电感串联的一端相连；所述第一电感的另一端与所述第一继电器的第一静触点相连，所述第二电感的另一端与所述第二继电器的第二静触点相连；所述第一继电器的动触点与所述采集单元相连，所述第二继电器的动触点与标准电感相连。

所述电压转换单元包括：供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路；其中，所述储能升压电路包括升压芯片和电感；

所述供电电路的输出端分别与所述升压芯片的输入端和所述电感的第一端连接；

所述电感的第二端分别和所述升压芯片的控制端、所述正压产生电路的输入端、所述负压产生电路的输入端和所述基准电压产生电路的输入端连接；

所述供电电路用于提供单极性的输入电压；

所述升压芯片用于控制所述电感两端的电压，并将所述电感两端的电压分别提供给所述正压产生电路、所述负压产生电路和所述基准电压产生电路；

所述正压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压；

所述负压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生负电压；

所述基准电压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生基准电压。

所述正压产生电路为第一电荷泵电路，其中，所述第一电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压，且所述第一电荷泵电路包括N级电荷泵电路，N为大于等于1的正整数。

所述第一电荷泵电路的第N级电荷泵电路包括第一电容、第一二极管和第二二极管；其中，

所述第一电容的负极和所述电感的第二端连接，所述第一电容的正极分别与所述第一二极管的正极和所述第第二二极管的负极连接；所述第二二极管的正极与所述第一电荷泵电路的第N-1级电荷泵电路中的第一二极管的负极连接；

所述第一二极管的负极根据所述电感两端的电压和所述第一电容的正极电压输出所述正电压。

所述NPN双极型晶体管的发射极和PNP双极型晶体管的发射极均接在信号处理电路的输入端上；所述第一分压电阻串联于第一限幅控制电压和NPN双极型晶体管的基极之间；所述第二分压电阻与第一限幅电容并联，该第二分压电阻和第一限幅电容的一端均与NPN双极型晶体管的基极相连接；所述第二分压电阻和第一限幅电容的另一端及NPN双极型晶体管的集电极均连接在参考地上；所述第三分压电阻串联于第二限幅控制电压和PNP双极型晶体管的基极之间；所述第四分压电阻与第二限幅电容并联，该第四分压电阻和第二限幅电容的一端均与PNP双极型晶体管的基极相连接；所述第四分压电阻和第二限幅电容的另一端及PNP双极型晶体管的集电极均连接在参考地上。

所述第一限幅控制电压和第二限幅控制电压均为外部直流电压源，且第一限幅控制电压低于参考地电压，第二限幅控制电压高于参考地电压。

所述负压产生电路为第二电荷泵电路，其中，所述第二电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压输出所述负电压，且所述第二电荷泵电路包括M级电荷泵电路，M为大于等于1的正整数。

所述的信号转换电路单元包括与非门单元和全桥式逆变电路单元，所述与非门单元的两个输出端分别连接所述全桥式逆变电路单元的两个输入端，所述脉冲变压器具有原边绕组和次级绕组，所述全桥式逆变电路单元的两个输出端分别连接所述原边绕组的两个输入端，所述次级绕组的两个输出端分别与所述驱动电路单元的两个输入端相连接；

在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述的与非门单元将所述的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为两路互补的直流高频脉冲信号，且该直流高频脉冲信号的频率和脉宽与所述的高频方波脉冲信号相同，所述的全桥式逆变电路单元将两路互补的直流高频脉冲信号逆变为交流高频脉冲信号。

所述的与非门单元中，与非门器件UA的第一输入端即为所述驱动模块的第一输入端IN1，该与非门器件UA的第二输入端连接与非门器件UB的第一输入端，与非门器件UB的第一输入端即为所述驱动模块的第二输入端IN2，该与非门器件UB的第二输入端连接所述与非门器件UA的输出端。

本发明的优点是：操作简单，方便使用。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是电源模块的结构框图。

图3是图2的电路图。

图4是电压转换单元的结构示意图。

图5是本发明的驱动单元的电路图。

图6是图5的驱动模块的电路图。

图7是本发明的电力载波模块的电路图。

图8是本发明的采集单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的具体实施方式：

如图1所示，为本发明的实施例公开的一种系统节电器，主要包括：第一继电器KA1，第一电感L2，第一继电线圈101，第二继电器KA2，第二电感L3，第二继电线圈102，MCU模块103，电源模块104，电力载波模块105，采集单元106和驱动单元107。

电源模块104，电力载波模块105，采集单元106，驱动单元107分别与MCU模块103相连接，该电源模块104接收电网(图1中的L表示火线，N表示零线)中的交流AC220V±20％的电压，并将接收到的电压转化成MCU模块103的工作电压，以便MCU模块103正常工作。电力载波模块105与放电灯控制箱处的集中控制器(图中未标示)进行通讯，用于发送和接收电力载波信号。当集中控制器向本发明的节电器发送电力载波信号时，由电力载波模块105接收集中控制器发送的电力载波信号，并将该电力载波信号经过解调之后发送至MCU模块103，再由MCU模块103生成相应的MCU指令，驱动输出信号。当MCU模块103需要向集中控制器反馈相应的信息时，即当前放电灯的工作状态信息，由MCU模块103发送相关指令至电力载波模块105，该电力载波模块105将接收到的指令转换成电力载波信号，并通过将其耦合到交流电源线上发送至集中控制器中。通过电力载波模块105与集中控制器进行通讯，能够实现对放电灯108的远程控制，即完成放电灯108照明的智能控制。

采样模块106主要用于采集线路里的电压信号，并将采集到的电压信号经过隔离保护后发送至MCU模块103。MCU模块103主要用于接收经过采样模块106处理的电压信号和电力载波模块105发送的电力载波信号，并依据接收到的信号生成相应的MCU指令，以及通过电力载波模块105向集中控制器反馈当前放电灯108的工作状态信息。

驱动单元107主要用于接收MCU模块103发送的MCU指令，然后依据该MCU指令使第一继电线圈101或第二继电线圈102得电、失电，进而驱动第一继电器KA1或第二继电器KA2动作。如图1中所示，第一继电线圈101和第二继电线圈102分别与驱动单元107相连接。

第一继电器KA1和第二继电器KA2，都具有三个触点，即动触点，第一静触点与第二静触点。在本发明公开的实施例中，第一继电器KA1的第二静触点与第二继电器KA2的第一静触点相连，第一电感L2与第二电感L3串联，且第一继电器KA1和第二继电器KA2相连的连接点处与所述第一电感L2和第二电感L3串联的一端相连，如图1所示。

此外，第一电感L2的另一端则与第一继电器KA1的第一静触点相连，第二电感L3的另一端则与第二继电器KA2的第二静触点相连；而第一继电器KA1的动触点则与采集单元106相连，第二继电器KA2的动触点则与放电灯线路中原有的标准电感L1相连。

需要说明的是，第一电感L2为过压绕组，当线路电压过高时，由MCU模块103发送相应的MCU指令，使驱动单元107驱动第一继电器KA1动作，将第一电感L2接入到线路中。

此外，第二电感L3为降功率绕组，在需要降低放电灯功率的时候，由MCU模块103控制第二继电器KA2动作，将第二电感L3接入到线路中。

如图2、3所示，所述电源模块10包括一电压转换单元12、一过压保护单元16及一电源供应器18。所述电压转换单元12与所述过压保护单元16相连。所述电源供应器18与所述电压转换单元12及所述过压保护单元16均相连。所述电压转换单元12用于将所述电源供应器18提供的第一电压转换成工作电压，并将转换后的电压从所述电压转换单元12的输出端输出。所述过压保护单元16用于在所述电压转换单元12的输出端输出的电压大于工作电压时，控制所述电源供应器18停止电压输出，从而对进行保护。

所述过压保护单元16包括过压保护电路，过压保护电路包括有信号输入端Vs、信号处理电路、低压限幅电路、高压限幅电路，其中，所述信号输入端Vs接有输入电阻Ri；所述低压限幅电路包括第一限幅控制电压Ve、第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第一限幅电容C11和NPN双极型晶体管Q1；所述高压限幅电路包括第二限幅控制电压Vc、第三分压电阻R13、第四分压电阻R14、第二限幅电容C12和PNP双极型晶体管Q2；所述NPN双极型晶体管Q1的发射极和PNP双极型晶体管Q2的发射极均接在信号处理电路的输入端Vi上；所述第一分压电阻R1串联于第一限幅控制电压Ve和NPN双极型晶体管Q1的基极之间；所述第二分压电阻R2与第一限幅电容C11并联，该第二分压电阻R12和第一限幅电容C11的一端均与NPN双极型晶体管Q1的基极相连接；所述第二分压电阻R12和第一限幅电容C11的另一端及NPN双极型晶体管Q1的集电极均连接在参考地GND上；所述第三分压电阻R13串联于第二限幅控制电压Vc和PNP双极型晶体管Q2的基极之间；所述第四分压电阻R14与第二限幅电容C12并联，该第四分压电阻R14和第二限幅电容C12的一端均与PNP双极型晶体管Q2的基极相连接；所述第四分压电阻R14和第二限幅电容C12的另一端及PNP双极型晶体管Q2的集电极均连接在参考地GND上。

所述第一限幅控制电压Ve和第二限幅控制电压Vc均为外部直流电压源，且第一限幅控制电压Ve低于参考地GND电压，第二限幅控制电压Vc高于参考地GND电压。

给定第一限幅控制电压Ve和第二限幅控制电压Vc，NPN双极型晶体管Q1的基极电压固定在Va上，Va＝Ve×R12/(R11+R12)，PNP双极型晶体管Q2的基极电压固定在Vb上，Vb＝Vc×R14/(R13+R14)；当信号处理电路的输入端电压Vi低于NPN双极型晶体管Q1的基极电压Va时，NPN双极型晶体管Q1的发射结正偏、集电结反偏，NPN双极型晶体管Q1工作在放大状态，信号处理电路的输入端电压Vi被限制为NPN双极型晶体管Q1的基极电压Va减去其发射结结电压；当信号处理电路的输入端电压Vi高于PNP双极型晶体管Q2的基极电压Vb时，PNP双极型晶体管Q2的发射结正偏、集电结反偏，PNP双极型晶体管Q2工作在放大状态，信号处理电路的输入端电压Vi被限制为PNP双极型晶体管Q2的基极电压Vb加上其发射结结电压。第一限幅电容C11和第二限幅电容C12分别对Va和Vb起到滤波作用。过压保护电路的优点是电路结构简单，限幅精度高，可方便改变限幅电压大小。

如图4所示，负压产生电路4为一个能产生负电压的1级电荷泵电路，其中，电容C2和二极管D2、D3构成一个电荷泵电路，则第二电容为C2，且第二电容C2的左端为正极，右端为负极，第三二极管为D2，第四二极管为D3。第二电容C2的正极与电感L1的右端连接，第二电容C2的负极分别与第三二极管D2的正极和第四二极管D3的负极连接，第四二极管D3的正极输出负电压，第三二极管D2的负极接地。负压产生电路4的具体工作原理如下：通过电感L1的输出电压先对电容C2充电，电容C2极性为左正右负，然后断开电感L1对电容C2充电通路；因为电容C2两端的电压不能突变，因此，右边的负极电压就会通过二极管D3输出得到负电压VGL。若M大于等于2，则第三二极管D2的负极与第M-1级电荷泵电路中的第三二极管的正极连接，如此形成多级电荷泵电路。负压产生电路4还可以在M级电荷泵电路的输出端增加电容C3和稳压二极管D8，电容C3用于对输出的负电压进行滤波处理，稳压二极管D8实现稳压输出。基准电压产生电路包括至少一个稳压二极管，稳压二极管的正极与电感的第二端连接，稳压二极管的负极根据稳压二极管的正极电压输出基准电压。

基准电压产生电路5包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的正极与电感L1的右端连接，负极输出负电压VGL。基准电压产生电路5还可以增加一个电容C1，电容C1用于对输出的负电压进行滤波处理。

本实施例提供的电压转换电路，采用多级电荷泵电路分别实现正电压、负电压的输出，通过改变电荷泵电路的级数来改变输出的正电压和负电压的大小，电路结构简单，而且灵活可调。该驱动电路通过整体电路设计而实现利用脉冲变压器来进行信号隔离，因而比起传统驱动电路采用光电耦合的信号隔离方式，本发明的驱动电路无需额外独立电源，从而能够节省电源，其工作稳定性较好。

如图5、6所示，本发明的驱动单元包括，一种驱动电路，包括一个脉冲方波发生器MD1和一个驱动模块MD2；脉冲方波发生器MD1的输出端OUT连接驱动模块MD2的第一输入端IN1，驱动模块MD2还具有用于输入低频驱动信号DRIVEA的第二输入端IN2，该驱动模块包括信号转换电路单元100和驱动电路单元200，信号转换电路单元100和驱动电路单元200之间通过脉冲变压器T1相连接。

信号转换电路单元100包括与非门单元111和全桥式逆变电路单元112与非门单元101的两个输出端分别连接全桥式逆变电路单元112的两个输入端，脉冲变压器T1具有原边绕组和次级绕组，全桥式逆变电路单元112的两个输出端分别连接原边绕组的两个输入端，次级绕组的两个输出端分别与驱动电路单元200的两个输入端相连接；上述的驱动电路单元200包括全桥整流电路201和输出电路202，全桥整流电路201与脉冲变压器T1次级绕组的两个输出端相连接，该全桥整流电路201具有正极输出端和负极输出端，输出电路202与所述正极输出端和负极输出端相连接。

其中，上述的与非门单元111中，与非门器件UA的第一输入端即为驱动模块MD2的第一输入端IN1，该与非门器件UA的第二输入端连接与非门器件UB的第一输入端，与非门器件UB的第一输入端即为驱动模块MD2的第二输入端IN2，该与非门器件UB的第二输入端连接与非门器件UA的输出端。上述的全桥式逆变电路单元112中，门极电阻R101和门极电阻R103的一端分别与与非门器件UB的输出端相连接，门极电阻R101的另一端连接P沟道场效应管V1的门极，P沟道场效应管V1的源极连接限流电阻R105的一端，限流电阻R105的另一端连接电源VCC，电源VCC还与限流电阻R106相连接，该限流电阻R106的另一端连接P沟道场效应管V2的源极，P沟道场效应管V2的门极连接门极电阻R102，门极电阻R102的另一端连接与非门器件UA的输出端，该与非门器件UA的输出端还连接门极电阻R104，门极电阻R104的另一端连接N沟道场效应管V4的门极，该N沟道场效应管V4的源极连接电源地，门极电阻R103的另一端与N沟道场效应管V3的门极相连接，该N沟道场效应管V3的源极也连接电源地，P沟道场效应管V2的漏极和N沟道场效应管V4的漏极分别与脉冲变压器T1原边绕组的一端连接，P沟道场效应管V1的漏极和N沟道场效应管V3的漏极分别与脉冲变压器T1原边绕组的另一端相连接。

上述的全桥整流电路201包括四个二极管D101、D102、D10103、D104，脉冲变压器T1次级绕组的一端分别连接二极管D101的阳极和二极管D10103的阴极，二极管D101的阴极连接二极管D102的阴极，二极管D102的阳极与二极管D104的阴极分别连接脉冲变压器T1次级绕组的另一端，二极管D104的阳极与二极管D10103的阳极相连接，在该全桥整流电路201中，二极管D101或二极管D102的阳极即为上述的正极输出端，二极管D10103或二极管D104的阴极即为上述的负极输出端。

上述的输出电路202包括二极管D105、P沟道场效应管V5、电阻R107以及电阻R108，二极管D105的__阳极连接上述的正极输出端、P沟道场效应管V5的门极以及电阻R107，电阻R107的另一端连接上述的负极输出端和P沟道场效应管V5的漏极，二极管D105的阴极连接P沟道场效应管V5的源极以及电阻R108，电阻R108的另一端G以及上述的负极输出端E之间形成驱动电压信号输出端。场效应管V1、V2、V3、V4和V5可为MOSFET。

该驱动电路，主要是驱动模块的工作原理为：驱动模块MD2的第一输入端IN1与脉冲方波发生器MD1的输出端OUT相连，驱动模块MD2的第二输入端IN2与外部低频驱动信号相连，通常情况下，脉冲方波发生器MD1输出的脉冲方波的频率范围为十几千赫兹到几十千赫兹，而与输入端IN2相连的外部低频驱动信号DRIVEA的频率范围在零点几赫兹到几百赫兹之间；在驱动模块MD2的第二输入端IN2为高电平的条件下：当驱动模块MD2的第一输入端IN1为高电平时，与非门器件UA的输出脚为低电平，而与非门器件UB的输出脚则为高电平；当驱动模块MD2的第一输入端IN1为低电平时，与非门器件UA的输出脚为高电平，而与非门器件UB的输出脚则为低电平。所以在输入端IN2为高电平时，与非门器件UA和UB的输出脚输出两路频率和脉宽与所述第一输入端IN1相同的直流高频脉冲互补信号，这两路互补的信号通过门极电阻R101、R102、R103及R104驱动由P沟道场效应管V1、V2以及N沟道场效用管V3、V4所组成的全桥逆变电路，进而将直流高频脉冲信号逆变为交流高频脉冲信号，交流高频脉冲信号再经由脉冲变压器T1隔离变压，脉冲变压器T1输出的交流高频脉冲信号经二极管D101、D102、D10103和D104组成的全桥整流电路201整流后，其正极输出端则有正电压输出，此时P沟道场效应管V5由于门极和源极电压相同而处于截止状态，所以此时在驱动电压信号输出端G和E上就有驱动电压，最终使所驱动的功率管导通；在驱动模块MD2的第二输入端IN2为低电平的条件下：与非门器件UA和UB的输出脚都输出高电平，从而使逆变桥上的场效应管V3和V4导通，因而脉冲变压器T1原边绕组两端都与电源地相连而无电压，此时脉冲变压器T1输出端也没有电压，致使P沟道场效应管V5的门极和源极之间产生电压差而使其导通，使驱动电压信号输出端G与E通过R108导通，即G和E之间间失去电压，最终导致所驱动的功率管处于阻断状态。总之，驱动电压信号输出端G和E之间输出的驱动电压信号跟随驱动模块MD2第二输入端IN2上的低频驱动信号，当该第二输入端IN2为高电平时，驱动模块的G和E上就有驱动信号，反之则无驱动信号，从而实现了驱动电路的目的。本实施例提供的电压转换电路，采用多级电荷泵电路分别实现正电压、负电压的输出，通过改变电荷泵电路的级数来改变输出的正电压和负电压的大小，电路结构简单，而且灵活可调。该驱动电路通过整体电路设计而实现利用脉冲变压器来进行信号隔离，因而比起传统驱动电路采用光电耦合的信号隔离方式，本发明的驱动电路无需额外独立电源，从而能够节省电源，其工作稳定性较好。

如图7所示，第一电力载波耦合通道1051、第二电力载波耦合通道1052、滤波电路1053、电力载波处理电路1054和载波功放电路1055，所述第一电力载波耦合通道1051设置在交流电缆的火线AC_L与零线AC_N之间，在交流电缆的火线AC_L与零线AC_N之间接收和发送第一载波信号；所述第二电力载波耦合通道1052设置在交流电缆的地线AC_PE与零线AC_N之间，在交流电缆的地线AC_PE与零线AC_N之间接收和发送第二载波信号。由于现有的噪声和干扰主要在火线与零线之间，高频干扰信号比较严重，将信号耦合到零线与地线上，因为零线和地线之间没有电压或者没有高频干扰，相对而言，没有火线与零线之间的干扰信号大。电力载波信号在载波功放电路发送后，同时将电力载波信号耦合到第一电力载波耦合通道1051、第二电力载波耦合通道1052两个通道中，如果火线和零线间的干扰信号比较大，那么电力载波信号可以通过零线与地线的通道传输到下一个设备中，下一个设备中同时接收了两个通道的耦合信号，只要有一个通道能正常接收到信号，那么通讯将进行下去，很好的避免了单通道传输数据时，因干扰导致无法传输信息的问题。同时，该电路只要增加一路电力载波耦合通道，即可以实现多路载波耦合，对现有电路的改造小，成本小。

同时由于两个通道都可以传输信号，地线AC_PE与零线AC_N之间在直流电或者没有电压的情况下也可以进行数据传输，与现有的只能在具有交流电的情况下才能进行数据传输，扩大了实用性。

所述第一电力载波耦合通道1051包括第五一电感L51、第一五电容C51和第一耦合变压器T1，所述第五一电感L51和第五一电容C51串联且一端与火线AC_L相连，另一端与第一耦合变压器T1相连，所述第一耦合变压器T1的一侧分别与火线AC_L与零线AC_N相连，另一侧与载波功放电路1055的输出端、滤波电路1053相连。所述第二电力载波耦合通道1052包括第二电感L52，第五二电容C52和第二耦合变压器T2，所述第二电感L52和第五二电容C52串联且一端与地线AC_PE相连，另一端与第二耦合变压器T2相连，所述第二耦合变压器T2的一侧分别与地线AC_PE与零线AC_N相连，另一侧与载波功放电路1055的输出端、滤波电路1053相连。

本发明的耦合方式可以进行高低压隔离，绝缘耐压可以达到4KV。同时采用了三重绝缘线双线并饶方式。由于本发明是1:1耦合，不会放大噪声或干扰，同时利用三重绝缘线进行双线并饶，相比传统的单独绕线方式，可以降低干扰，保证信号不失真。所述第一电力载波耦合通道1051、第二电力载波耦合通道1052并联且与所述滤波电路1053的一端相连，所述滤波电路1053的另一端与电力载波处理电路1054的输入端相连，所述电力载波处理电路1054的输出端与载波功放电路1055的输入端相连，所述载波功放电路1055的输出端分别与所述第一电力载波耦合通道1051、第二电力载波耦合通道1052相连。

所述滤波电路包括高阻低阻三阶滤波器、衰减器和限幅电路，所述高阻低阻三阶滤波器包括：并联的第五四电容C54和第五四电感L54、并联的第五五电容C55和第五五电感L55、并联的第五六电容C56和第六电感L6，第五七电容C57和第五八电容C58，所述并联的第五五电容C55和第五五电感L55一端与接地端相连，另一端与并联的第五四电容C54和第五四电感L54的一端、第五八电容C58的一端相连，所述第五七电容C57的一端与耦合通道相连，所述第五七电容C57的另一端与并联的第五四电容C54和第五四电感L54的另一端相连，所述第五八电容C58的另一端与并联的第五六电容C56和第五六电感L56的一端相连。本实施例采用T型的三阶滤波器进行滤波，带宽比较宽，滤波效果更好，在其他实施例中，也可以采用传统的π型滤波。所述第五四电感L54与第五四电容C54并联，第五六电感L56与第五六电容C56并联，阻隔了140K以上的高频波；第五五电感L55与第五五电容C55并联，阻隔了120K以下的高频波，从而实现了高阻低阻滤波。

所述衰减器包括第五一电阻R51、第五二电阻R52、第五一开关管Q51和控制信号端CAGC，所述第五一电阻R51的一端接地，所述第五一电阻R51的另一端与控制信号端CAGC、第五一开关管Q51的控制相连接，所述第五一开关管Q51的一端接地，另一端与第五二电阻R52的一端相连，所述第五二电阻R52的另一端连接电力载波处理电路1054。通过衰减器可以将电力载波信号通过该电路衰减60db，以衰减干扰信号。

所述限幅电路包括两个方向相反且并联的二极管D51和D52，所述并联的二级管的一端接地，另一端接电力载波处理电路。由于二极管的导通电压为0.7V，将载波信号限幅在0.7V以内，以免信号过大烧毁载波芯片。

如图8所示，本发明的采集单元包括：数据采集模块211、从逻辑控制模块212、主逻辑控制模块213、电气隔离模块214和总线桥模块215。用于对待测量系统进行数据采集和/或输出的数据采集模块；与所述数据采集模块连接、用于对所述数据采集模块进行逻辑控制的从逻辑控制模块；用于与所述从逻辑控制模块以及主逻辑控制模块；所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块之间连接有用于进行电气隔离的电气隔离模块；所述主逻辑控制模块还连接有总线桥模块，所述总线桥模块用于实现所述主逻辑控制模块的通信；所述电气隔离模块包括：分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行电源隔离的电源隔离模块；分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行信号隔离的信号隔离模块；所述从逻辑控制模块包括：从数据封装模块，分别与所述数据采集模块和所述电气隔离模块连接，用于对所述数据采集模块采集的第一数据进行封装并经所述电气隔离模块传输给所述主逻辑控制模块；所述主逻辑控制模块包括：主数据解封装模块，分别与所述电气隔离模块和所述总线桥模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第一数据进行解封装处理、并经所述总线桥模块发送；和/或，所述从逻辑控制模块还包括：从数据解封装模块，与所述电气隔离模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第二数据进行解封装处理并向待测量系统侧输出；所述主逻辑控制模块还包括：主数据封装模块，分别与所述总线桥模块和电气隔离模块连接，用于对经所述总线桥模块接收的第二数据进行封装处理、并经所述电气隔离模块发送给所述从逻辑控制模块；所述主逻辑控制模块还包括：第一存储控制器和第一存储器；所述第一存储控制器分别与所述主数据解封装模块、所述第一存储器和所述总线桥模块连接，用于将所述主数据解封装模块输出的第一数据存储至所述第一存储器、并将所述第一存储器存储的第一数据经所述总线桥模块分次批量发送；和/或，第二存储控制器和第二存储器；所述第二存储控制器分别与所述主数据封装模块、所述第二存储器和所述总线桥模块连接，用于将经所述总线桥模块接收的第二数据存储至所述第二存储器、并将所述第二存储器存储的第二数据分次批量发送至所述主数据封装模块。所述信号隔离模块为：隔离芯片、磁隔离器、光耦隔离器或者光电隔离器。所述从逻辑控制模块为从FPGA模块，所述主逻辑控制模块为主FPGA模块。所述主逻辑控制模块还包括：与所述第一存储控制器连接的第一缓存器，所述第一缓存器用于在所述第一存储控制器的控制下缓存所述主数据解封装模块输出的第一数据、并将其缓存的第一数据经所述第一存储控制器分次批量发送至所述第一存储器；和/或，与所述第二存储控制器连接的第二缓存器，所述第二缓存器用于在所述第二存储控制器的控制下缓存自所述总线桥模块接收的第二数据、并将其缓存的第二数据经所述第二存储控制器分次批量发送至所述从逻辑控制模块。

所述总线桥模块为PCI桥芯片。所述数据采集模块包括：数字输入/输出模块、数模转换模块、和/或模数转换模块。所述数字输入/输出模块包括多路数字输入通道和多路数字输出通道；和/或，所述数模转换模块包括多路同步模拟输出通道；和/或，所述模数转换模块的位数为24比特，采样率为每秒4百万次采样；或者，所述模数转换模块具有多路模拟信号输入通道，所述模数转换模块包括输入选择单元、可编程增益放大器单元、及模数转换单元，所述输入选择单元用于对所述多路模拟信号输入通道进行选通控制，所述可编程增益放大器单元用于放大由所述多路模拟信号输入通道输入的模拟信号，所述模数转换单元用于将放大后的模拟信号转换为数字信号进行输出；和/或，所述数字输入/输出模块、所述数模转换模块和所述模数转换模块依次通信连接。

本发明的采集模块，在近待测量系统侧设置从逻辑控制模块，在近上位机(也称为主机)侧设置主逻辑控制模块，从逻辑控制模块和主逻辑控制模块之间传输的数据为数字信号，电气隔离模块设置于数据采集卡传输数字信号的部分即信号隔离环节设置于信号的数字部分，不仅避免了引入被测量系统的共模电压等干扰，而且避免了对模拟信号进行隔离造成的信号损失，以较低成本实现了数据的隔离式采集。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种系统节电器，其特征在于，包括：第一继电器，第二继电器，串联的第一电感与第二电感，MCU模块，以及分别与MCU模块相连的电源模块、采集单元、电力载波模块和驱动单元；

其中，所述第一电感为过压绕组，所述第二电感为降功率绕组；

所述电源模块为所述MCU模块提供工作电压；

所述电力载波模块接收由集中控制器发送的电力载波信号，并将所述电力载波信号进行解调处理后发送给MCU模块；以及接收所述MCU模块反馈的反馈指令，并将所述反馈指令转换成电力载波信号，并通过将其耦合到交流电源线上发送给所述集中控制器；所述反馈指令为当前放电灯的工作状态信息：所述的电力载波模块包括第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道；所述第一电力载波耦合通道设置在交流电缆的火线与零线之间，在交流电缆的火线与零线之间接收和发送第一载波信号；所述第二电力载波耦合通道设置在交流电缆的地线与零线之间，在交流电缆的地线与零线之间接收和发送第二载波信号还包括滤波电路、电力载波处理电路和载波功放电路，所述第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道并联且与所述滤波电路的一端相连，所述滤波电路的另一端与电力载波处理电路的输入端相连，所述电力载波处理电路的输出端与载波功放电路的输入端相连，所述载波功放电路的输出端分别与所述第一电力载波耦合通道、第二电力载波耦合通道相连；

所述MCU模块依据所述电力载波模块发送的电力载波信号，或接收到的所述采集单元采集的经过隔离保护后的电压信号，生成相应的MCU指令；

所述驱动单元接收所述MCU指令，驱动所述第一继电器或第二继电器动作，且所述驱动单元包括，脉冲方波发生器和至少一个驱动模块；

所述脉冲方波发生器的输出端连接驱动模块的第一输入端，且该脉冲方波发生器向驱动模块的第一输入端输入高频方波脉冲信号，所述驱动模块还具有用于输入低频驱动信号的第二输入端，该驱动模块包括信号转换电路单元和驱动电路单元，信号转换电路单元和驱动电路单元之间通过脉冲变压器相连接；

在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述信号转换电路单元将所输入的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为交流高频脉冲信号，所述的脉冲变压器对该交流高频脉冲信号进行隔离变压后通过所述的驱动电路单元输出驱动电压信号；所述的驱动模块设为至少两个，每个驱动模块的第一输入端分别连接所述脉冲方波发生器的输出端，每个驱动模块的第二输入端分别用于输入相应的低频驱动信号；

所述电源模块包括，一电压转换单元、一过压保护单元及一电源供应器，所述电压转换单元的输入端与所述电源供应器相连以接收所述电源供应器提供的第一电压，所述电压转换单元的输出端与所述电子元件相连；所述的过压保护单元包括信号输入端、信号处理电路、低压限幅电路、高压限幅电路，其中，所述信号输入端接有输入电阻；所述低压限幅电路包括第一限幅控制电压、第一分压电阻、第二分压电阻、第一限幅电容和NPN双极型晶体管；所述高压限幅电路包括第二限幅控制电压、第三分压电阻、第四分压电阻、第二限幅电容和PNP双极型晶体管；

所述采集单元包括：用于对待测量系统进行数据采集和/或输出的数据采集模块；与所述数据采集模块连接、用于对所述数据采集模块进行逻辑控制的从逻辑控制模块；用于与所述从逻辑控制模块以及主逻辑控制模块；所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块之间连接有用于进行电气隔离的电气隔离模块；所述主逻辑控制模块还连接有总线桥模块，所述总线桥模块用于实现所述主逻辑控制模块的通信；所述电气隔离模块包括：分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行电源隔离的电源隔离模块；分别与所述从逻辑控制模块和所述主逻辑控制模块连接、用于进行信号隔离的信号隔离模块；所述从逻辑控制模块包括：从数据封装模块，分别与所述数据采集模块和所述电气隔离模块连接，用于对所述数据采集模块采集的第一数据进行封装并经所述电气隔离模块传输给所述主逻辑控制模块；所述主逻辑控制模块包括：主数据解封装模块，分别与所述电气隔离模块和所述总线桥模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第一数据进行解封装处理；和/或，所述从逻辑控制模块还包括：从数据解封装模块，与所述电气隔离模块连接，用于对经所述电气隔离模块接收的第二数据进行解封装处理并向待测量系统侧输出。

2.根据权利要求1所述系统节电器，其特征在于，所述第一继电器和第二继电器相连的连接点与所述第一电感和第二电感串联的一端相连；所述第一电感的另一端与所述第一继电器的第一静触点相连，所述第二电感的另一端与所述第二继电器的第二静触点相连；所述第一继电器的动触点与所述采集单元相连，所述第二继电器的动触点与标准电感相连。

3.根据权利要求2所述的系统节电器，其特征在于，所述电压转换单元包括：供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路；其中，所述储能升压电路包括升压芯片和电感；

所述供电电路的输出端分别与所述升压芯片的输入端和所述电感的第一端连接；

所述电感的第二端分别和所述升压芯片的控制端、所述正压产生电路的输入端、所述负压产生电路的输入端和所述基准电压产生电路的输入端连接；

所述供电电路用于提供单极性的输入电压；

所述升压芯片用于控制所述电感两端的电压，并将所述电感两端的电压分别提供给所述正压产生电路、所述负压产生电路和所述基准电压产生电路；

所述正压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压；

所述负压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生负电压；

所述基准电压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生基准电压。

4.根据权利要求3所述的系统节电器，其特征在于，所述正压产生电路为第一电荷泵电路，其中，所述第一电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压，且所述第一电荷泵电路包括N级电荷泵电路，N为大于等于1的正整数。

5.根据权利要求4所述的系统节电器，其特征在于，所述第一电荷泵电路的第N级电荷泵电路包括第一电容、第一二极管和第二二极管；其中，

所述第一电容的负极和所述电感的第二端连接，所述第一电容的正极分别与所述第一二极管的正极和所述第第二二极管的负极连接；所述第二二极管的正极与所述第一电荷泵电路的第N-1级电荷泵电路中的第一二极管的负极连接；

所述第一二极管的负极根据所述电感两端的电压和所述第一电容的正极电压输出所述正电压。

6.根据权利要求5所述的系统节电器，其特征在于，所述NPN双极型晶体管的发射极和PNP双极型晶体管的发射极均接在信号处理电路的输入端上；所述第一分压电阻串联于第一限幅控制电压和NPN双极型晶体管的基极之间；所述第二分压电阻与第一限幅电容并联，该第二分压电阻和第一限幅电容的一端均与NPN双极型晶体管的基极相连接；所述第二分压电阻和第一限幅电容的另一端及NPN双极型晶体管的集电极均连接在参考地上；所述第三分压电阻串联于第二限幅控制电压和PNP双极型晶体管的基极之间；所述第四分压电阻与第二限幅电容并联，该第四分压电阻和第二限幅电容的一端均与PNP双极型晶体管的基极相连接；所述第四分压电阻和第二限幅电容的另一端及PNP双极型晶体管的集电极均连接在参考地上。

7.根据权利要求6所述的系统节电器，其特征在于，所述第一限幅控制电压和第二限幅控制电压均为外部直流电压源，且第一限幅控制电压低于参考地电压，第二限幅控制电压高于参考地电压。

8.根据权利要求7所述的系统节电器，其特征在于，所述负压产生电路为第二电荷泵电路，其中，所述第二电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压输出所述负电压，且所述第二电荷泵电路包括M级电荷泵电路，M为大于等于1的正整数。

9.根据权利要求8所述的系统节电器，其特征在于，所述的信号转换电路单元包括与非门单元和全桥式逆变电路单元，所述与非门单元的两个输出端分别连接所述全桥式逆变电路单元的两个输入端，所述脉冲变压器具有原边绕组和次级绕组，所述全桥式逆变电路单元的两个输出端分别连接所述原边绕组的两个输入端，所述次级绕组的两个输出端分别与所述驱动电路单元的两个输入端相连接；

在所述驱动模块的第二输入端为高电平时，所述的与非门单元将所述的低频驱动信号和高频方波脉冲信号转换为两路互补的直流高频脉冲信号，且该直流高频脉冲信号的频率和脉宽与所述的高频方波脉冲信号相同，所述的全桥式逆变电路单元将两路互补的直流高频脉冲信号逆变为交流高频脉冲信号。

10.根据权利要求9所述的系统节电器，其特征在于，所述的与非门单元中，与非门器件UA的第一输入端即为所述驱动模块的第一输入端IN1，该与非门器件UA的第二输入端连接与非门器件UB的第一输入端，与非门器件UB的第一输入端即为所述驱动模块的第二输入端IN2，该与非门器件UB的第二输入端连接所述与非门器件UA的输出端。