CN111162820B - 电源转换模块和宽带载波通信模块 - Google Patents

Abstract

公开了一种电源转换模块和宽带载波通信模块。通过输入电压检测电路检测输入电压的状态，在输入电压断电时，控制储能电路放电输出到第一转换电路，以使得第一转换电路生成第一电压为宽带载波通信模块继续供电，同时生成周期信号作为停电通知信号发送至控制模块，在输入电压正常供电时，生成低电平信号发送至控制模块。由此，使得输入电压在停电状态与正常供电状态之间切换时，控制模块能够及时响应，可以减少由于停电时间过短而可能导致的误检或者漏检的情况发生，提高停电检测的可靠性。

Description

电源转换模块和宽带载波通信模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电源转换模块和宽带载波通信模块。

背景技术

电力线载波通信是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信，电力线载波通信按可提供的通信带宽分为窄带载波通信和宽带载波通信，并已广泛应用于载波抄表领域。

宽带载波通信模块通常由通讯主芯片，载波发射电路，载波接收电路，强电电路，过零检测电路和电源电路组成。现有技术中的宽带载波通信模块中的电源电路一般都设置有储能电路和停电检测电路，在停电时，通过储能电路为宽带载波通信模块继续供电一段时间，并通过停电检测电路生成脉冲信号作为停电通知信号，并发送至通讯主芯片，使得通讯主芯片进入停电上报数据模式，以向集中器上报停电信息和当前抄表信息。储能电路电能耗尽后，宽带载波通信模块停止工作。在恢复正常供电后，宽带载波通信模块向主通讯芯片上报恢复来电信息。

但是，在储能电路电能耗尽之前，上报数据过程中供电恢复正常时，通讯主芯片无法得知供电恢复正常的信息。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例的目的在于提供一种电源转换模块和宽带载波通信模块，使得输入电压在停电状态与正常供电状态之间切换时，控制模块能够及时响应，可以减少由于停电时间过短而可能导致的误检或者漏检的情况发生，提高停电检测的可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源转换模块，用于为宽带载波通信模块供电，所述宽带载波通信模块包括控制模块、载波发送模块和载波接收模块，所述控制模块被配置为将所述载波接收模块接收到的第一载波信号处理后发送至电表，将接收到的电表的信号处理后生成第二载波信号并控制所述载波发射模块向集中器发送所述第二载波信号，所述电源转换模块包括：

第一转换电路，与输入端口连接，被配置为将接收到的输入电压转换为第一电压；

储能电路，被配置为存储电能；

第二转换电路，连接在所述第一转换电路的输出端，被配置为接收所述第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，所述第二电压用于为所述控制模块供电；以及

输入电压检测电路，被配置为检测输入电压的状态，响应于所述输入电压处于第一状态，控制所述储能电路放电为所述第一转换电路供电，并生成周期信号发送至所述控制模块，响应于所述输入电压处于第二状态，控制所述储能电路充电，并生成低电平信号发送至所述控制模块。

优选地，在所述第一状态下，所述输入电压为零，在所述第二状态下，所述输入电压不为零。

优选地，所述电源转换电路还包括：

第三转换电路，连接在所述第一转换电路和所述储能电路之间，被配置为响应于所述输入电压为第二状态，将所述第一电压转换为第三电压，所述第三电压用于为所述储能电路充电。

优选地，所述电源转换模块还包括：

第四转换电路，被配置为响应于所述输入电压为第一状态，将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电；

其中，所述第四电压与输入电压一致。

优选地，所述输入电压检测电路被配置为响应于所述输入电压第一状态，控制所述第四转换电路工作以将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电，以及，响应于所述输入电压为第二状态，控制所述第四转换电路不工作。

优选地，所述输入电压检测电路包括：

分压电路，与输入端口连接，被配置为根据所述输入电压生成开关信号；

周期信号生成电路，被配置为生成周期信号；以及

控制信号生成电路，包括至少一个电阻和受控开关，被配置为根据所述开关信号生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第四转换电路和所述周期信号生成电路。

优选地，响应于所述输入电压为第一状态，所述分压电路被配置为生成开关信号控制所述受控开关关断以生成控制信号控制所述第四转换电路工作，将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电，并控制所述周期信号生成电路生成周期信号发送至所述控制模块。

优选地，响应于所述输入电压为第二状态，所述分压电路被配置为生成开关信号控制所述受控开关导通以生成控制信号控制所述第四转换电路不工作，并控制所述周期信号生成电路生成低电平信号发送至所述控制模块。

第二方面，本发明实施例提供了一种宽带载波通信模块，所述宽带载波通信模块包括：

载波接收模块，被配置为接收第一载波信号；

载波发射模块，被配置为发送第二载波信号；

控制模块，被配置为将所述载波接收模块接收到的第一载波信号处理后发送至电表，将接收到的电表的信号处理后生成第二载波信号并控制所述载波发射模块向集中器发送所述第二载波信号；以及

如第一方面所述的电源转换电路。

本发明实施例的技术方案通过输入电压检测电路检测输入电压的状态，在输入电压断电时，控制储能电路放电输出到第一转换电路，以使得第一转换电路生成第一电压为宽带载波通信模块继续供电，同时生成周期信号作为停电通知信号发送至控制模块，在输入电压正常供电时，生成低电平信号发送至控制模块。由此，使得输入电压在停电状态与正常供电状态之间切换时，控制模块能够及时响应，可以减少由于停电时间过短而可能导致的误检或者漏检的情况发生，提高停电检测的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的集中抄表系统的示意图；

图2是本发明实施例的宽带载波通信模块的示意图；

图3是本发明实施例的电源转换模块的示意图；

图4是本发明实施例的输入电压检测电路的示意图；

图5是本发明实施例的信号波形图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的集中抄表系统的示意图。如图1所示，本发明实施例的集中抄表系统包括集中器1和多个电表2。其中，集中器1为主站系统部分，用于信息的收集、存储、整理、发布、分析等工作。电表2用于获取抄表数据，并将抄表数据发送至集中器1。集中器1依据抄收的数据完成对各电表的电能量数据的统计、用电情况的考核、线损的分析以及预付费管理等功能。

在本实施例中，电表2包括宽带载波通讯模块21和计量模块22。其中，计量模块22用于根据电量使用信息获取电量数据，以脉冲电表为例进行说明，所述电量数据为脉冲信号。宽带载波通讯模块21可以工作在自动循环状态，周期性地对计量模块获取的脉冲信号进行采集、存储和处理以获取抄表数据，并将抄表数据发送至集中器1。

具体地，图2是本发明实施例的宽带载波通信模块的示意图。如图2所示，宽带载波通信模块21包括控制模块211、载波接收模块212、载波发送模块213、过零检测模块214和电源转换模块215。其中，载波接收模块212用于从电力线接口接收来自电力线上的第一载波信号，控制模块211对所述第一载波信号进行调制解调后获取相应的命令，进而执行相应的命令并得到相应的结果和数据。同时，控制模块211对执行结果和数据调制解调后得到第二载波信号，并通过载波发送模块23发送至电力线上，进而发送至集中器1。

由此，可以通过宽带载波通信模块实现电表与集中器之间的通信，实现远程抄表。

进一步地，宽带载波通信模块21还包括过零检测模块214，用于检测电力线过零点获取过零信号，在检测到过零信号时，发送电平信号给控制模块211。控制模块211在接收到过零信号后，控制载波接收模块212接收来自电力线上的载波信号，控制载波发送模块213向电力线发送载波信号。由此，可以减小电力线上的各种干扰对载波信号的影响。

集中抄表系统无需特定的网络通讯电缆，而是直接采用低压电力载波作为前端数据采集的通讯方式，不但可以减少铺设网络电缆的工作和费用，使得系统具有很强的灵活性和可扩充性，同时还可以，避免人为抄表过程中出现的失误，提高电能采集的准确性。

进一步地，宽带载波通信模块21还包括电源转换模块215，用于将接收到的输入电压Vin转换为相应的电压为控制模块211、载波接收模块212、载波发送模块213和过零检测模块214等供电。

具体地，电源转换模块的示意图可参照图3，包括第一转换电路2151、第二转换电路2152、第三转换电路2153、第四转换电路2154、输入电压检测电路2155和储能电路2156。其中，第一转换电路2151与输入端口连接，被配置为将接收到的输入电压Vin转换为第一电压V1。储能电路2156被配置为存储电能。第二转换电路2152连接在所述第一转换电路2151的输出端，被配置为接收所述第一电压V1，并将所述第一电压V1转换为第二电压V2，所述第二电压V2用于为所述控制模块供电。输入电压检测电路2155被配置为检测输入电压Vin的状态，响应于所述输入电压Vin处于第一状态，控制所述储能电路2156放电为所述第一转换电路2151供电，并生成周期信号Vf发送至所述控制模块，响应于所述输入电压处于第二状态，控制所述储能电路2156充电，并生成低电平信号发送至所述控制模块211。

在本实施例中，电源转换模块的输入端可以连接在电表的12V直流输出的接口上，因此，所述输入电压Vin为12V直流电压。

在本实施例中，第一转换电路2151与输入端口连接，被配置为将接收到的输入电压Vin转换为第一电压V1。所述第一电压V1用于为宽带载波通信模块21中的外围电路和接口供电，例如，载波接收模块、载波发送模块和过零检测模块等。

进一步地，所述第一转换电路2151为12V转3.3V降压开关电路，用于将接收到的12V直流电压转换为3.3V电压。

在本实施例中，第二转换电路2152连接在第一转换电路2151的输出端，用于接收第一转换电路2151输出的第一电压V1，并将第一电压V1转换为第二电压V2为控制模块供电。

进一步地，所述第二转换电路2152为3.3V转1.2V降压开关电路，将接收到的3.3V的电压转换为1.2V为控制模块供电。

在本实施例中，所述储能电路2156可以通过超级电容器实现。具体地，超级电容器是指介于普通电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的电子元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。

进一步地，由于超级电容器需要在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短。由此，本发明实施例的电源转换模块还包括第三转换电路2153，连接在第一转换电路2151的输出端，用于接收第一转换电路2151输出的第一电压V1，并将第一电压V1转换为第三电压V3输出到储能电路2156。

可选地，储能电路2156可以通过10F的超级电容器实现。

进一步地，所述第三转换电路2153为降压线性稳压电路，用于将接收到的3.3V电压转换为2.5-2.7V电压为储能电路2156充电。

在本实施例中，输入电压检测电路2155被配置为检测输入电压Vin的状态，响应于所述输入电压处于第一状态，控制所述储能电路放电为所述第一转换电路供电，并生成周期信号发送至所述控制模块，响应于所述输入电压处于第二状态，控制所述储能电路充电，并生成低电平信号发送至所述控制模块。

进一步地，在所述第一状态下，所述输入电压为零，在所述第二状态下，所述输入电压不为零。由此，响应于所述输入电压检测电路2155检测到输入电压处于第一状态，表征输入电压为零，此时处于停电状态。响应于所述输入电压检测电路2155检测到输入电压处于第二状态，表征输入电压不为零，此时处于正常供电状态。在正常供电状态下，控制储能电路2156充电。在停电状态下，控制储能电路2156放电为所述第一转换电路2151供电，进而为宽带载波通信模块中的各模块供电。

进一步地，由于储能电路2156放电电压Vc不一定与输入电压Vin一致，因此，本发明实施例的电源转换模块还包括第四转换电路2154，与所述储能电路2156连接，受控于所述输入电压检测电路2155切换工作状态。具体地，响应于所述输入电压Vin为第一状态，输入电压检测电路2155控制所述第四转换电路2154工作以将所述储能电路2156的输出电压Vc转换为第四电压V4输入到所述第一转换电路2151的输入端，由此，第一转换电路2151可以根据储能电路2156的输出电压生成第一电压为各模块供电。响应于所述输入电压Vin为第二状态，控制所述第四转换电路2154不工作，以使得所述储能电路2156充电。

可选地，第四转换电路2154包括输入引脚、使能引脚、转换引脚和输出引脚。其中，输入引脚连接3.3V电压接口。使能引脚连接输入检测电路的输出端，在输入检测电路输出的信号有效时，第四转换电路开始工作，在输入检测电路输出的信号无效时，第四转换电路不工作。转换接口与储能电路连接，用于将储能电路的输出电压转换为第四电压通过输出接口输出。由于，在实际使用中，第四转换电路的输入接口的电压低于2.2V时就停止工作。由此，在不接3.3V输入的情况下，超级电容一般不能从2.7V放电一直放到0V，可能放到2.2V左右第四转换电路就会停止工作。由此，将输入引脚接3.3V电压，转换引脚接超级电容，这样只有在转换引脚的电压不够的情况下，第四转换电路才会停止工作，使得超级电容可以放电到1.6V，使得在停电的情况下，提高超级电容的续航能力。

进一步地，图4是本发明实施例的输入电压检测电路的示意图。如图4所示，本发明实施例的输入电压检测电路包括分压电路2155a、控制信号生成电路2155b和周期信号生成电路2155c。其中，分压电路2155a与输入端口连接，被配置为根据所述输入电压Vin生成开关信号。周期信号生成电路2155c被配置为生成周期信号。控制信号生成电路2155b被配置为根据所述开关信号生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第四转换电路和所述周期信号生成电路。

在本实施例中，分压电路2155a包括电阻R1和电阻R2，串联在输入端和接地端之间，其中，m为电阻R1和电阻R2的中间节点，输出开关信号Vb。

进一步地，所述开关信号Vb为电压信号。

进一步地，响应于输入电压Vin正常供电，输入有效的开关信号。响应于输入电压Vin断电，输入无效的开关信号。

可选地，电阻R1可以为22千欧，电阻R2可以为2千欧，由此，响应于输入电压Vin正常供电，得到的分压电压Vb为1V。响应于输入电压Vin断电，得到的分压电压Vb为0V。

在本实施例中，控制信号生成电路2155b包括电阻R3和开关K1。

可选地，开关K1可以为三极管，其中，集电极与电阻R3的一端连接，中间节点为n，电阻R3的另一端接第一电压，基极与中间节点m连接，发射极接地。具体地，在基极电压大到一定程度后三极管导通，对于硅管，常取基极电压大于0.7V时导通。由此，响应于输入电压Vin正常供电，得到的开关电压Vb为1V，三极管导通，中间节点n的电压Vk为0。响应于输入电压Vin断电，得到的分压电压Vb为0V，三极管关断，中间节点n的电压Vk为与V1相等。可选地，电阻R3可以是10千欧。

由此，当输入电压Vin正常供电时，输出控制信号Vk无效。当输入电压Vin断电时，输出控制信号Vk有效。

在本实施例中，控制信号Vk用于控制所述第四转换电路2154和周期信号生成电路2155c。

进一步地，对于控制第四转换电路2154，响应于控制信号Vk有效，控制所述第四转换电路2154开始工作，将所述储能电路2156的输出电压Vc转换为第四电压V4为所述第一转换电路2151供电。响应于控制信号Vk无效，控制所述第四转换电路2154不工作，以使得第三转换电路2513为所述储能电路2156充电。

由此，可以使得当输入电压正常供电时，为储能电路充电，当输入电压断电时，通过储能电路放电为其它电路供电。

在本实施例中，周期信号生成电路2155c为振荡信号生成器，包括电源端、使能端、输入端和接地端。其中，电源端连接与第一电压V1连接，使能端与节点n连接。由此，响应于控制信号Vk有效，控制所述周期信号生成电路2155c生成周期信号发送至所述控制模块211。响应于控制信号Vk无效，控制周期信号生成电路2155c生成低电平信号发送至所述控制模块211。

具体如图5所示，在t1时刻之前，输入电压Vin为12V，节点m处的输出电压Vb为1V，使得受控开关K1导通，进而使得节点n处的输出电压Vk为0V，控制第四转换电路不工作，使得储能电路充电。同时，控制周期信号生成电路生成输出低电平信号。

在t1时刻，输入电压Vin由12V降为0V，节点m处的输出电压Vb为0V，使得受控开关K1关断，进而使得节点n处的输出电压Vk与V1相等，为3.3V，控制第四转换电路开始工作将储能电路的输出电压转换为12V电压继续为第一转换电路供电。同时，控制周期信号生成电路生成周期信号Vf输出到控制模块。控制模块211响应于接收到周期信号，判断输入电压断电，获取当前抄表数据，向集中器上报停电通知和当前抄表数据。其中，周期信号的周期T＝t2-t1。具体地，周期信号的频率应该控制在合适的范围内，如果频率过快会导致功耗在断电后升高，从而缩短储能电路的供电时间，另外还可能引入干扰信号。可选地，将100Hz到1KHz之间的周期信号作为停电信号，既能保证停电检测的实时性，又能降低功耗以及避免引入干扰信号。

在t3时刻，输入电压Vin由0V变为12V，输入电压Vin为12V，节点m处的输出电压Vb为1V，使得受控开关K1导通，进而使得节点n处的输出电压Vk为0V，控制第四转换电路开始不工作，使得储能电路充电。同时，控制周期信号生成电路生成输出低电平信号。控制模块211在上报数据过程中，响应于接收到低电平信号，判断输入电压回复正常供电，生成恢复供电通知，并向集中器上报恢复供电通知。

本发明实施例通过输入电压检测电路检测输入电压的状态，在输入电压断电时，控制储能电路放电输出到第一转换电路，以使得第一转换电路生成第一电压为宽带载波通信模块继续供电，同时生成周期信号作为停电通知信号发送至控制模块，在输入电压正常供电时，生成低电平信号发送至控制模块。由此，使得输入电压在停电状态与正常供电状态之间切换时，控制模块能够及时响应，可以减少由于停电时间过短而可能导致的误检或者漏检的情况发生，提高停电检测的可靠性。

应理解，本发明实施例中涉及到的任意一个电路或多个电路，既可以通过电阻、电容等电子元器件焊接而成，也可以集成为一个或多个芯片。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电源转换模块，用于为宽带载波通信模块供电，所述宽带载波通信模块包括控制模块、载波发送模块和载波接收模块，所述控制模块被配置为将所述载波接收模块接收到的第一载波信号处理后发送至电表，将接收到的电表的信号处理后生成第二载波信号并控制所述载波发送模块向集中器发送所述第二载波信号，其特征在于，所述电源转换模块包括：

第一转换电路，与输入端口连接，被配置为将接收到的输入电压转换为第一电压；

储能电路，被配置为存储电能；

第二转换电路，连接在所述第一转换电路的输出端，被配置为接收所述第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，所述第二电压用于为所述控制模块供电；以及

输入电压检测电路，被配置为检测输入电压的状态，响应于所述输入电压处于第一状态，控制所述储能电路放电为所述第一转换电路供电，并生成周期信号发送至所述控制模块，响应于所述输入电压处于第二状态，控制所述储能电路充电，并生成低电平信号发送至所述控制模块，其中，在所述第一状态下，所述输入电压为零，在所述第二状态下，所述输入电压不为零。

2.根据权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，所述电源转换模块还包括：

第三转换电路，连接在所述第一转换电路和所述储能电路之间，被配置为响应于所述输入电压为第二状态，将所述第一电压转换为第三电压，所述第三电压用于为所述储能电路充电。

3.根据权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，所述电源转换模块还包括：

第四转换电路，被配置为响应于所述输入电压为第一状态，将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电；

其中，所述第四电压与输入电压一致。

4.根据权利要求3所述的电源转换模块，其特征在于，所述输入电压检测电路被配置为响应于所述输入电压第一状态，控制所述第四转换电路工作以将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电，以及，响应于所述输入电压为第二状态，控制所述第四转换电路不工作。

5.根据权利要求4所述的电源转换模块，其特征在于，所述输入电压检测电路包括：

分压电路，与输入端口连接，被配置为根据所述输入电压生成开关信号；

周期信号生成电路，被配置为生成周期信号；以及

控制信号生成电路，包括至少一个电阻和受控开关，被配置为根据所述开关信号生成控制信号，所述控制信号用于控制所述第四转换电路和所述周期信号生成电路。

6.根据权利要求5所述的电源转换模块，其特征在于，响应于所述输入电压为第一状态，所述分压电路被配置为生成开关信号控制所述受控开关关断以生成控制信号控制所述第四转换电路工作，将所述储能电路的输出电压转换为第四电压为所述第一转换电路供电，并控制所述周期信号生成电路生成周期信号发送至所述控制模块。

7.根据权利要求5所述的电源转换模块，其特征在于，响应于所述输入电压为第二状态，所述分压电路被配置为生成开关信号控制所述受控开关导通以生成控制信号控制所述第四转换电路不工作，并控制所述周期信号生成电路生成低电平信号发送至所述控制模块。

8.一种宽带载波通信模块，其特征在于，所述宽带载波通信模块包括：

载波接收模块，被配置为接收第一载波信号；

载波发送模块，被配置为发送第二载波信号；

控制模块，被配置为将所述载波接收模块接收到的第一载波信号处理后发送至电表，将接收到的电表的信号处理后生成第二载波信号并控制所述载波发送模块向集中器发送所述第二载波信号；以及

如权利要求1-7中任一项所述的电源转换模块。

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