CN111049594B - 噪声吸收电路、测试方法及电表 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供了一种噪声吸收电路，包括:第一噪声吸收模块；分压模块，其一端接地，分压模块的输入端连接第二二极管的阴极，分压模块的输出端输出控制电压；第二噪声吸收模块，包括DC/DC控制器和功率电阻，DC/DC控制器的控制端连接分压模块的输出端，DC/DC控制器的输入端连接第二二极管的阴极，DC/DC控制器的输出端连接功率电阻，功率电阻另一端接地；控制模块，其输入端连接DC/DC控制器的输出端，其输出端连接电力载波模块的控制端，通过控制模块控制启动或关闭电力载波模块，电力载波模块的输出端连接电网接入端。实现了吸收电网中的噪声，避免了噪声损坏电力载波模块。

Description

噪声吸收电路、测试方法及电表
技术领域
本申请涉及电力通信技术领域，具体而言，涉及一种噪声吸收电路、噪声吸收电路的测试方法及电表。
背景技术
智能网络中的AMI联网抄表技术可由电力线载波(Power line Communication，PLC)技术来实现。具体而言，通过在电表中配置包括电力载波模块的PLC电路，从而，借助于电网中的电力线，可以实现电表与主站系统之间的通信，例如实现联网抄表。配置有电路载波模块的电表可以通过电路载波方式，在PLC频段内与主站系统进行通信。
但随着PLC技术大量应用于实际环境，电网结构复杂，用电设备繁杂，出现了电力传输线上噪声对PLC通讯干扰。
电网中的噪声，可能导致影响PLC电路损坏进而导致电表无法正常工作。通过实际现场考察，此类噪声主要是由劣质用电设备或老旧用电设备传导骚扰到电力线上。
配备电力载波芯片的电表安装在此环境下，可能会因为电网中噪声导致芯片损坏或电表损坏，这样就需现场人员更新模块或电表，且导致用户无法正常用电。
因此，如何减少电网中的噪声是现有技术中亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的实施例提供了一种噪声吸收电路、测试方法及电表，进而至少在一定程度上可以减少电网中的噪声，避免噪声损坏电力载波芯片。
本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种噪声吸收电路，包括:
第一噪声吸收模块，其包括第一二极管、第二二极管和第三二极管，所述第一二极管的阴极与电网接入端连接，第一二极管的阳极接地；所述第二二极管的阳极与电网接入端连接，第二二极管的阴极连接第三二极管的阴极，第三二极管的阳极连接基准电压输入端，所述基准电压输入端用于提供一基准电压；
分压模块，其一端接地，分压模块的输入端连接第二二极管的阴极，所述分压模块的输出端输出控制电压；
第二噪声吸收模块，包括DC/DC控制器和功率电阻，所述DC/DC控制器的控制端连接所述分压模块的输出端，所述DC/DC控制器的输入端连接所述第二二极管的阴极，所述DC/DC控制器的输出端连接所述功率电阻，所述功率电阻另一端接地；
控制模块，其输入端连接所述DC/DC控制器的输出端，其输出端连接电力载波模块的控制端，通过所述控制模块控制启动或关闭所述电力载波模块，所述电力载波模块的输出端连接所述电网接入端。
优选的，所述噪声吸收电路还包括初级吸收电路，所述初级吸收电路的输入端连接电力线的输入端，所述初级吸收电路的输入端作为所述电网接入端，通过所述初级吸收电路保证自身输出端所输出的电压箝位在预设范围内。
优选的，所述初级吸收电路包括TVS管或TSS管。
优选的，所述初级吸收电路包括并联的TVS管和TSS管。
优选的，所述控制模块包括第二分压模块和触发器，所述第二分压模块一端接地，第二分压模块的输入端连接所述DC-DC控制器的输出端，第二分压模块的输出端连接所述触发器的输入端，所述触发器的输出端连接所述PLC芯片的控制端。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种噪声吸收电路的测试方法，所述方法包括：
获取在用户电表处所采集噪声的幅值和频率；
通过噪声模拟电路根据所述噪声的幅值和频率模拟用户电表处的噪声信号；
将所述噪声信号耦合到电网接入端中，以通过如上任一项所述的噪声吸收电路吸收所述噪声信号；
采集经所述噪声吸收电路吸收后的电压信号；
对比所采集所述电压信号和电网中的初始电压信号，以获得所述噪声吸收电路的测试结果，所述初始电压信号是所述电网中未经过所述噪声吸收电路吸收噪声的电压信号。
进一步的，所述电表处的噪声为电力载波通讯频段内的单点噪声，所述噪声模拟电路包括函数发生器，通过所述函数发生器输出的交流信号模拟所述单点噪声。
进一步的，所述电表处的噪声为用户电器在电网上产生的噪声，所述噪声模拟电路包括开关电源。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种电表，包括如上中任一项所述的噪声吸收电路。
进一步的，所述电表的输出端还设有EMC滤波器。
在本申请的一些实施例所提供的技术方案中，借助于噪声吸收回路中的功率电阻，可以实现在噪声电压较高时吸收电压，而在其他情况下，通过接地端来吸收噪声。而且，在噪声电压较高时，通过DC/DC控制器以及触发器，可以使电力载波芯片停止工作，从而避免噪声损坏电力载波芯片。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。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。在附图中：
图1是根据一实施例示出的噪声吸收电路的电路图；
图2是根据另一实施例示出的噪声吸收电路的电路图；
图3是根据一实施例示出的噪声吸收电路的测试方法的流程图；
图4是根据一实施例示出的噪声模拟电路的电路图；
图5是根据一实施例示出的电表的框图；
其中，附图标记说明如下：第一噪声吸收模块-A1；分压模块-A2；第二噪声吸收模块-A3；控制模块-A4；初级吸收电路-A5；
第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，电力载波模块-PA，第一电阻-R1，第二电阻-R2，功率电阻-R3，第四电阻-R4，第五电阻-R5，负载电阻-R6，TVS管-T1，TSS管-T2，第二TVS管T3，MOS管-Q1。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
图1是根据一实施例示出的噪声吸收电路的电路图，如图1所示，该噪声吸收电路包括：第一噪声吸收模块A1，其包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3，第一二极管D1的阴极与电网接入端连接，第一二极管D1的阳极接地；第二二极管D2的阳极与电网接入端连接，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接基准电压输入端，基准电压输入端用于提供一基准电压。
分压模块A2，其一端接地，分压模块的输入端连接第二二极管D2的阴极，分压模块的输出端输出控制电压；具体的，分压模块包括第一电阻R1和第二电阻R2，分压模块的输出端从第一电阻R1与第二电阻R2的连接处引出。
第二噪声吸收模块A3，包括DC/DC控制器和功率电阻R3，DC/DC控制器的控制端连接分压模块的输出端，DC/DC控制器的输入端连接第二二极管D2的阴极，DC/DC控制器的输出端连接功率电阻R3，功率电阻R3另一端接地。该DC/DC控制器可以采用TPS54331芯片，在其他实施例中，还可以采用其他型号的DC/DC控制器，在此不进行具体限定。
控制模块A4，其输入端连接DC/DC控制器的输出端，其输出端连接电力载波模块PA的控制端，通过控制模块A4控制启动或关闭电力载波模块PA，电力载波模块PA的输出端连接电网接入端。
电力载波模块PA中集成有电力载波芯片，通过该电力载波芯片，电表可以将信号加载到电力线上，通过电力线与主站系统等进行电力载波通信。
控制模块A4包括第二分压模块和触发器，第二分压模块一端接地，第二分压模块的输入端连接DC-DC控制器的输出端，第二分压模块的输出端连接触发器的输入端，触发器的输出端连接电力载波模块的控制端。具体的，第二分压模块包括串联的第四电阻R4和第五电阻R5，其中，第四电阻R4与DC/DC控制器的输出端相连接的一端作为第二分压模块的输入端，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5连接，第五电阻R5的另一端接地，第二分压模块的输出端从第四电阻R4与第五电阻R5的连接处引出。
下面结合图1详细说明本实施例噪声吸收电路的工作原理。
电网中的噪声为交流信号，从而，噪声的电压可能为正或者为负。当噪声电压Vnoise的幅值小于基准电压Vcc时：若噪声电压为负，第一二极管D1导通，利用地吸收负噪声；若噪声电压为正，第二二极管D2正向导通，利用Vcc吸收噪声。
当噪声电压Vnoise的幅值大于基准电压Vcc时，若噪声电压为负，第一二极管D1导通，利用地吸收负噪声；若噪声电压为正，第三二极管D3反向截止，为了避免噪声抬高基准电压Vcc，通过功率电阻R3来消耗噪声。具体来说，当噪声电压Vnoise较大时，分压模块A2输出端的电压较大，如果分压模块输出端的电压达到DC/DC控制器的导通电压，则DC/DC控制器导通，噪声进入功率电阻R3，通过功率电阻R3来消耗噪声。
通过上述过程，实现了通过第一噪声吸收模块和第二噪声吸收模块来吸收噪声。
若噪声电压超过电力载波模块PA的最大工作电压，可能导致电力载波模块PA的电路被烧毁或者导致电表中电力载波模块的供电系统被损坏。在本实施例中，为了避免噪声电压对电力载波模块PA的影响，在DC/DC控制器的输出端连接触发器，在DC/DC控制器导通时，触发器被触发输出第一控制信号至电力载波模块PA的控制端，以控制该电路载波信号PA停止工作，从而保护电力载波模块PA。
待噪声消除后，分压模块的输出电压低于DC/DC控制器的导通电压，DC/DC控制器被截止时，触发器被触发输出第二控制信号至电力载波模块PA的控制端，以控制该电路载波信号PA重新开始工作。
在电表中消除噪声的作用是为了避免噪声电压对电力载波模块PA的影响，因此，在实际应用中，基准电压Vcc可以参照电力载波模块PA的最大工作电压来进行设定。
通过本实施例的噪声吸收电路，可以实现有效吸收噪声，保护电力载波模块PA和电表，环路可控，而且成本低、使用范围广，有效降低维护成本。
图2是根据另一实施例示出的噪声吸收电路的电路图，相较于图1对应实施例，本实施例中在电网接入端处接入一初级吸收电路A5。初级吸收电路的输入端连接电力线的输入端，初级吸收电路的输入端作为电网接入端，通过初级吸收电路保证自身输出端所输出的电压箝位在预设范围内。如图2所示，初级吸收电路包括并联的TVS管T1和TSS管T2。在图2中，由于电网中为交流电，TVS管和TSS管均为双向管。
TVS管，全称硅瞬变电压吸收二极管，当电压瞬变干扰超过一定电压值时，发生雪崩击穿，导通阻抗瞬间下降，导通电流增大，以热能的形式消耗，从而吸收暂态脉冲，实现将其两端间的电压箝位在一个预定的预设范围内。
TSS管是电压开关型瞬态抑制二极管，或者叫半导体放电管。在击穿之前，该TSS管几乎不导电；当电压达到TSS管的转折电压，电流超过维持电流后，TSS管的负阻特性使得电流急剧增大，两端电压降为TSS管的导通电压，管内电流增加，压降几乎不变。当电流终端或者降至维持电流以下，TSS管重新恢复高阻关断状态，从而实现将TSS管两端的电压箝位在预设范围内。
在其他实施例中，还可以仅用TVS管或者TSS管来作为初级吸收电路，将电压箝位在预设范围内。
值得一提的是，该预设范围可以根据实际需要来进行设定，对应的，根据该预设范围来选定可以保证电压箝位在该预设范围内的TVS管和/或TSS管来构建初级吸收电路。
本申请还提供了一种噪声吸收电路的测试方法，如图3所示，该方法包括：
步骤310，获取在用户电表处所采集噪声的幅值和频率。
在实际中，可以通过信号耦合夹、衰减器、高压探头以及频谱仪，来观测电网中用户电表处噪声的幅值和频率。
步骤330，通过噪声模拟电路根据噪声的幅值和频率模拟用户电表处的噪声信号。
通过该噪声模拟电路所模拟处用户电表处的噪声信号，其频率与所采集的频率相同，其幅值与所采集噪声的幅值也对应相同。
步骤350，将噪声信号耦合到电网接入端中，以通过如上实施例中的噪声吸收电路吸收噪声信号。
步骤370，采集经噪声吸收电路吸收后的电压信号。
步骤390，对比所采集电压信号和电网中的初始电压信号，以获得噪声吸收电路的测试结果。
对于噪声吸收电路的测试而言，其最终是为了确定该噪声吸收电路是否可以有效吸收噪声。通过比较所采集电压信号与电网中的初始电压信号，则可以对应确定该噪声吸收电路是否将噪声信号吸收，或者吸收效率是否达到设定要求，对应得到噪声吸收电路的测试结果。
该测试结果可以通过所采集电压信号与初始电压信号的差值来表征，如果所采集电压信号与初始电压信号的差值越小，则说明该噪声吸收电路的吸收效果越好。
在其他实施例中，该测试结果还可以通过所采集电压信号与初始电压信号所计算得到的其他参数来表征，在此不进行具体限定。
在一实施例中，电表处的噪声为电力载波通讯频段内的单点噪声，噪声模拟电路包括函数发生器，通过函数发生器输出的交流信号模拟单点噪声。
函数发生器是一种多波形的信号源，它可以产生正弦波、方波等波形的信号。因此，通过该函数发生器来按照所采集噪声的频率产生对应频率的信号，在通过模拟放大器对所产生的信号进行放大，使放大后的信号的幅值达到所采集噪声的幅值。然后将放大后的信号耦合到电力线上中，该噪声信号即可对应从电网接入端进入噪声吸收电路。
在另一实施例中，电表处的噪声为用户电器在电网上产生的噪声，噪声模拟电路包括开关电源。用户电器在电网上产生的噪声能量强，且可能会导致电力载波模块PA损坏。
在本实施例中，通过图4所示的开关电源来模拟噪声。如图4所示，该开关电源包括整流滤波模块、第二TVS管T3，第四二极管D4、MOS管Q1、变压器和负载电阻R6。
在实际中，通过采集用户电表处噪声的频率和幅值发现，用户电器在电网上产生的噪声频率在45-65kHz，其幅值可以达到±30v。在图4中，通过MOS管Q1的导通和截止来改变输入信号的频率。例如若输入端输入220v，50Hz的电信号时，通过MOS管Q1可以改变频率，产生45-65kHz的信号，并通过通过改变MOS管Q1的占空比，控制变压器导通关断，可以将输出电压箝位在±30v范围内，从而，得到所需要的噪声信号。在图4中，Vout＝D*Vin，其中，D为MOS管Q1的占空比。
在通过变压器次级输出所产生的信号后，带负载电阻R6和耦合电容C1耦合到电力线上，进而对应从电网接入端进入噪声吸收电路。
本申请还提供了一种电表，包括如上任一实施例中的噪声吸收电路。
图5是根据一实施例示出的电表的框图，如图5所示，电表中设有PLC电路，该PLC电路中包括PA(电力载波模块)130、初级噪声吸收电路110、噪声检测模块120、噪声吸收模块140和MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)150。其中，该初级噪声吸收电路110可以是图2对应收实施例中的初级吸收电路，从而，将噪声电压箝位在预设范围内。该噪声检测模块120可以是上述实施例中的分压模块和DC/DC控制器构成。从而，在噪声电压使DC/DC控制器导通时，使能噪声吸收模块140吸收噪声，并控制关闭PA；在噪声电压使DC/DC控制器截止时，使能PA重新开始工作。该噪声吸收模块140可以是上述实施例中的功率电阻。
进一步的，如图5所示，PLC电路中还包括MCU150，该MCU150用于记录噪声产生的时间和地点，在噪声消除时，上报主站系统，主站系统对噪声产生的区域进行统计。如果个别用户的电表频繁记录该时间，可由工程师对该电网整改，在电表负载端，即在噪声进入电表处增加EMC滤波器160，该EMC滤波器160可以对在PLC通讯频段内的噪声进行衰减，防止噪声进入PLC电路，实现改善电网质量。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种噪声吸收电路，其特征在于，包括:
第一噪声吸收模块，其包括第一二极管、第二二极管和第三二极管，所述第一二极管的阴极与电网接入端连接，第一二极管的阳极接地；所述第二二极管的阳极与电网接入端连接，第二二极管的阴极连接第三二极管的阴极，第三二极管的阳极连接基准电压输入端，所述基准电压输入端用于提供一基准电压；
分压模块，其一端接地，分压模块的输入端连接第二二极管的阴极，所述分压模块的输出端输出控制电压；
第二噪声吸收模块，包括DC/DC控制器和功率电阻，所述DC/DC控制器的控制端连接所述分压模块的输出端，所述DC/DC控制器的输入端连接所述第二二极管的阴极，所述DC/DC控制器的输出端连接所述功率电阻，所述功率电阻另一端接地；
控制模块，其输入端连接所述DC/DC控制器的输出端，其输出端连接电力载波模块的控制端，通过所述控制模块控制启动或关闭所述电力载波模块，所述电力载波模块的输出端连接所述电网接入端。
2.根据权利要求1所述的噪声吸收电路，其特征在于，所述噪声吸收电路还包括初级吸收电路，所述初级吸收电路的输入端连接电力线的输入端，所述初级吸收电路的输入端作为所述电网接入端，通过所述初级吸收电路保证自身输出端所输出的电压箝位在预设范围内。
3.根据权利要求2所的噪声吸收电路，其特征在于，所述初级吸收电路包括TVS管或TSS管。
4.根据权利要求2所述的噪声吸收电路，其特征在于，所述初级吸收电路包括并联的TVS管和TSS管。
5.根据权利要求1所述的噪声吸收电路，其特征在于，所述控制模块包括第二分压模块和触发器，所述第二分压模块一端接地，第二分压模块的输入端连接所述DC-DC控制器的输出端，第二分压模块的输出端连接所述触发器的输入端，所述触发器的输出端连接所述电力载波模块的控制端。
6.一种噪声吸收电路的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在用户电表处所采集噪声的幅值和频率；
通过噪声模拟电路根据所述噪声的幅值和频率模拟用户电表处的噪声信号；
将所述噪声信号耦合到电网接入端中，以通过如权利要求1-5中任一项所述的噪声吸收电路吸收所述噪声信号；
采集经所述噪声吸收电路吸收后的电压信号；
对比所采集所述电压信号和电网中的初始电压信号，以获得所述噪声吸收电路的测试结果，所述初始电压信号是所述电网中未经过所述噪声吸收电路吸收噪声的电压信号。
7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述电表处的噪声为电力载波通讯频段内的单点噪声，所述噪声模拟电路包括函数发生器，通过所述函数发生器输出的交流信号模拟所述单点噪声。
8.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述电表处的噪声为用户电器在电网上产生的噪声，所述噪声模拟电路包括开关电源。
9.一种电表，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的噪声吸收电路。
10.根据权利要求9所述的电表，其特征在于，所述电表的输出端还设有EMC滤波器。
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