CN111245426B - 隔离电容通信电路及其失效保护方法 - Google Patents

隔离电容通信电路及其失效保护方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开一种隔离电容通信电路及其失效保护方法。所述电路包括第一通信子电路和第二通信子电路；所述第一通信子电路包括串联在一起的第一电容和第二电容；所述第二通信子电路包括串联在一起的第三电容和第四电容。所述方法包括：根据所述第一通信子电路的输出端的电压信号计算所述第一通信子电路的输出端的第一电压恢复时间；根据所述第二通信子电路的输出端的电压信号计算所述第二通信子电路的输出端的第二电压恢复时间；将所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间进行比较，若所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间的差值超出指定范围，则判定所述隔离电容通信电路存在故障。本申请实施例可提高隔离电容通信的安全性。

Description

隔离电容通信电路及其失效保护方法
技术领域
本申请涉及通信电路技术领域，特别涉及一种隔离电容通信电路及其失效保护方法。
背景技术
在非共地电路应用中，比如AC-DC变换电路，由于安全考虑，双边需要高压隔离。但是在隔离的情况下，双边还经常需要进行通信。以往双边需要进行通信时，通常使用光耦进行隔离通信，如图1所示。但是光耦的通信速率很低、寿命短、功耗大。目前取代光耦的主要方式有两种，电感隔离通信和电容隔离通信。如图2所示，电感隔离通信利用电感间的电流耦合进行通信，安全性高，但是工艺封装成本较高。电容隔离通信利用电容两端的电压耦合进行通信，工艺封装成本较低，但是安全性较电感隔离低。电容被高压击穿后，两极板成短路状态。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请提出一种隔离电容通信电路及其失效保护方法，可提高电容隔离的安全性。
在第一方面，本申请提供一种隔离电容通信电路的失效保护方法，所述隔离电容通信电路包括第一通信子电路和第二通信子电路；
所述第一通信子电路包括串联在一起的第一电容和第二电容；
所述第二通信子电路包括串联在一起的第三电容和第四电容；
所述第一通信子电路的输入端可接入第一通信信号；
所述第二通信子电路的输入端可接入第二通信信号；
所述第一通信子电路的电容与所述第二通信子电路的电容相互匹配，使得所述第一通信子电路的输出端的第一电压恢复时间与所述第二通信子电路的输出端的第二电压恢复时间基本相等；
所述方法包括：
A1、根据所述第一通信子电路的输出端的电压信号计算所述第一通信子电路的输出端的第一电压恢复时间；
A2、根据所述第二通信子电路的输出端的电压信号计算所述第二通信子电路的输出端的第二电压恢复时间；
A3、将所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间进行比较，若所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间的差值超出指定范围，则判定所述隔离电容通信电路存在故障。
在一些优选的实施方式中，所述A1包括：在检测到所述第一通信子电路的输出端的电压信号达到第一电压阈值时开始计时，在检测到所述第一通信子电路的输出端的电压信号达到第二电压阈值时停止计时，得到所述第一电压恢复时间；
所述A2包括：在检测到所述第二通信子电路的输出端的电压信号达到第三电压阈值时开始计时，在检测到所述第二通信子电路的输出端的电压信号达到第四电压阈值时停止计时，得到所述第二电压恢复时间。
在一些优选的实施方式中，所述第一电压阈值与所述第二电压阈值是相同的。
在一些优选的实施方式中，所述第三电压阈值与所述第四电压阈值是相同的。
在一些优选的实施方式中，所述判定所述隔离电容通信电路存在故障包括：输出表示所述隔离电容通信电路出现故障的故障信号。
在第二方面，本申请提供一种隔离电容通信电路，该电路可执行上述方法。
在一些优选的实施方式中，包括失效保护电路；所述失效保护电路可执行所述方法。
在一些优选的实施方式中，所述失效保护电路包括第一比较电路、第二比较电路和逻辑电路；
所述第一比较电路的输入端与所述第一通信子电路的输出端连接；
所述第二比较电路的输入端与所述第二通信子电路的输出端连接；
所述第一比较电路的输出端和所述第二比较电路的输出端均与所述逻辑电路的输入端连接。
在一些优选的实施方式中，所述隔离电容通信电路为高压隔离电路，优选为反激式电源适配器电路；所述逻辑电路为异或门逻辑电路。
在第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。
与现有技术相比，本申请实施例的有益效果有：
通过检测第一通信子电路和第二通信子电路的电压恢复时间来判断是否有电容击穿，可对高压隔离电容通信电路中的失效进行保护，可提高电容隔离的安全性。
附图说明
图1为光耦隔离通信电路的电路结构示意图；
图2为电感隔离通信电路的电路结构示意图；
图3为本申请一个实施例的隔离电容通信电路的电路结构示意图；
图4示出本申请一个实施例的隔离电容通信电路正常工作时电容两端的信号波形；
图5示出本申请一个实施例的隔离电容通信电路有一个电容被击穿以后的信号波形；
图6示出本申请一个实施例的隔离电容通信电路的正常工作信号波形和有电容被击穿以后的信号波形；
图7为本申请一个实施例的隔离电容通信电路的失效保护方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图7及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例提供一种隔离电容通信电路的失效保护方法。其中，本实施例的隔离电容通信电路为反激式电源适配器电路，参考图3，包括第一通信子电路1、第二通信子电路2、通信信号电路3、接收器4和失效保护电路5。
第一通信子电路1包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1与第二电容C2串联。示例的，第一电容C1通过打线(Wire Bonding)与第二电容C2串联。
第二通信子电路2包括第三电容C3和第四电容C4。第三电容C3与第四电容C4串联。示例的，第三电容C3通过打线与第四电容C4串联。
串联的双电容可提高隔离电容通信电路的耐压和可靠性，当有一个电容被击穿后，另一个串联电容仍然可以起到高压隔离的作用，从而提高电容耦合通信的可靠性。
通信信号电路3用于产生通信信号。在本实施例中，通信信号电路3为差分信号电路，可产生两路差分信号，分别为第一通信信号和第二通信信号。使用两个差分信号进行通信可抑制共模噪声。
第一通信子电路1的输入端1A与通信信号电路3的第一输出端31连接，从而接入通信信号电路3产生的第一通信信号也即第一路差分信号。
第二通信子电路2的输入端2A与通信信号电路3的第二输出端32连接，从而接入通信信号电路3产生的第二通信信号也即第二路差分信号。
接收器4用于从第一通信子电路1和第二通信子电路2接收通信信号。接收器4具有两个接收端，分别为第一接收端41和第二接收端42。接收器4的第一接收端41与第一通信子电路1的输出端1B连接；接收器4的第二接收端42与第二通信子电路2的输出端2B连接。
参考图4，由于电容的存在，第一通信子电路1接收通信信号电路3输出的第一通信信号，在第一通信子电路1的输出端1B可检测到电压的变化，具体是先从初始值升高然后再降低至初始值。其中，初始值为零。将电压先升高再降低所经历的时间称为电压恢复时间。第二通信子电路2也是如此。
第一通信子电路1的电容与第二通信子电路2的电容相互匹配，具体可以是第一电容C1和第二电容C2与第三电容C3和第四电容C4相匹配；示例的，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均为相同的电容器。如此，参考图4和图6，在隔离电容通信电路正常工作的情况下，第一通信子电路1的输出端1B的第一电压恢复时间与第二通信子电路2的输出端2B的第二电压恢复时间基本相等。其中，第一电压恢复时间是指第一通信子电路1的输出端1B的电压恢复时间，也可以说是接收器4的第一接收端41的电压恢复时间；第二电压恢复时间是指第二通信子电路2的输出端2B的电压恢复时间，也可以说是接收器4的第二接收端42的电压恢复时间。
参考图7，本实施例的隔离电容通信电路的失效保护方法包括步骤A1至步骤A3。本实施例的隔离电容通信电路可执行本实施例的方法，具体可以是由失效保护电路5执行。
步骤A1、根据第一通信子电路1的输出端1B的电压信号计算第一通信子电路1的输出端1B的第一电压恢复时间。
具体是检测第一通信子电路1的输出端1B的电压信号，然后根据检测到的电压信号计算第一电压恢复时间。示例的，参考图6，在检测到第一通信子电路1的输出端1B的电压信号达到第一电压阈值时开始计时，在检测到第一通信子电路1的输出端1B的电压信号达到第二电压阈值时停止计时，从而得到第一电压恢复时间。
其中，第一电压阈值与第二电压阈值是相同的；示例的，第一电压阈值和第二电压阈值都是一个接近于零的电压。
步骤A2、根据第二通信子电路2的输出端2B的电压信号计算第二通信子电路2的输出端2B的第二电压恢复时间。
具体是检测第二通信子电路2的输出端2B的电压信号，然后根据检测到的电压信号计算第二电压恢复时间。示例的，参考图6，在检测到第二通信子电路2的输出端2B的电压信号达到第三电压阈值时开始计时，在检测到第二通信子电路2的输出端2B的电压信号达到第四电压阈值时停止计时，从而得到第二电压恢复时间。
其中，第三电压阈值与第四电压阈值是相同的；示例的，第三电压阈值和第四电压阈值都是一个接近于零的电压。
在本实施例中，第一电压阈值的绝对值与第三电压阈值的绝对值相等，第二电压阈值的绝对值与第四电压阈值的绝对值相等，这样可使得在隔离电容通信电路正常工作的情况下得到的第一电压恢复时间与第二电压恢复时间基本相等。
在其它实施例中，第一电压阈值和第二电压阈值是不同的，第三电压阈值和第四电压阈值也是不同的，只要使得在隔离电容通信电路正常工作的情况下第一电压恢复时间与第二电压恢复时间基本相等即可。
步骤A3、将第一电压恢复时间与第二电压恢复时间进行比较，若第一电压恢复时间与第二电压恢复时间的差值超出指定范围，则判定隔离电容通信电路存在故障。其中，指定范围可根据电路参数来设定。
在正常的情况下，第一电压恢复时间与第二电压恢复时间是基本相等的。参考图5和图6，如果第一通信子电路1和第二通信子电路2中的一者有电容被击穿，第一电压恢复时间与第二电压恢复时间就不相等。电容被击穿以后，两个极板短路，对应的通路电容增大，所以该通路的输出端的电容电压的恢复时间将增大。图6中左边的波形是正常工作信号波形，右边的波形是有电容被击穿以后的信号波形。图6中虚线是两个比较阈值电压。
示例的，第一通信子电路1的第一电容C1被击穿，使得第一通信子电路1的电容增大，那么第一电压恢复时间也就变长。第二通信子电路2的第二电压恢复时间维持不变。将第一电压恢复时间与第二电压恢复时间进行比较，就可以得知有电容被击穿，隔离电容通信电路不响应输入信号或输出故障(fault)信号。其中，故障信号表示隔离电容通信电路出现故障。如此，可起到保护电路的作用。
失效保护电路5包括第一比较电路51、第二比较电路52和逻辑电路53。其中，逻辑电路53为异或门逻辑电路(XOR)。失效保护电路5的具体形式可以是芯片或者说集成电路。
第一比较电路51的输入端51A与第一通信子电路1的输出端1B连接。
第二比较电路52的输入端52A与第二通信子电路2的输出端2B连接。
第一比较电路51的输出端51B和第二比较电路52的输出端52B均与逻辑电路53的输入端连接，具体是分别与逻辑电路53的第一输入端53A和第二输入端53B连接。
隔离电容通信电路启动，第一比较电路51检测第一通信子电路1的输出端1B的电压信号，将检测到的电压信号与第一电压阈值进行比较，若电压信号已达到第一电压阈值，则开始计时，具体可以是输出第一电平信号；第一比较电路51持续检测第一通信子电路1的输出端1B的电压信号，若电压信号已达到第二电压阈值，则停止计时，具体可以是停止输出第一电平信号。在这个过程中，第二比较电路52也检测第二通信子电路2的输出端2B的电压信号，将检测到的电压信号与第二电压阈值进行比较，若电压信号已达到第三电压阈值，则开始计时，具体可以是输出第二电平信号；第二比较电路52持续检测第二通信子电路2的输出端2B的电压信号，若电压信号已达到第四电压阈值，则停止计时，具体可以是停止输出第二电平信号。
逻辑电路53分别从第一比较电路51和第二比较电路52接收第一电平信号和第二电平信号，将第一电平信号与第二电平信号进行比较，若第一电平信号的占空比与第二电平信号占空比的差值超出指定范围，也即第一电压恢复时间与第二电压恢复时间不相等，则判定隔离电容通信电路存在故障，具体可以是在输出端53C输出故障信号，从而保护隔离电容通信电路。
本实施例根据检测两个通路电容值的不同来判断是否有电容被击穿，具体是检测两个通路的电压恢复时间来判断是否有电容击穿，可对高压隔离电容通信电路中的失效进行保护，可提高电容隔离的安全性。
本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种隔离电容通信电路的失效保护方法，其特征在于，
所述隔离电容通信电路包括第一通信子电路和第二通信子电路；
所述第一通信子电路包括串联在一起的第一电容和第二电容；
所述第二通信子电路包括串联在一起的第三电容和第四电容；
所述第一通信子电路的输入端可接入第一通信信号；
所述第二通信子电路的输入端可接入第二通信信号；
所述第一通信子电路的电容与所述第二通信子电路的电容相互匹配，使得所述第一通信子电路的输出端的第一电压恢复时间与所述第二通信子电路的输出端的第二电压恢复时间基本相等；
所述方法包括：
A1、根据所述第一通信子电路的输出端的电压信号计算所述第一通信子电路的输出端的第一电压恢复时间；
A2、根据所述第二通信子电路的输出端的电压信号计算所述第二通信子电路的输出端的第二电压恢复时间；
A3、将所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间进行比较，若所述第一电压恢复时间与所述第二电压恢复时间的差值超出指定范围，则判定所述隔离电容通信电路存在故障。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述A1包括：在检测到所述第一通信子电路的输出端的电压信号达到第一电压阈值时开始计时，在检测到所述第一通信子电路的输出端的电压信号达到第二电压阈值时停止计时，得到所述第一电压恢复时间；
所述A2包括：在检测到所述第二通信子电路的输出端的电压信号达到第三电压阈值时开始计时，在检测到所述第二通信子电路的输出端的电压信号达到第四电压阈值时停止计时，得到所述第二电压恢复时间。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述第一电压阈值与所述第二电压阈值是相同的。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述第三电压阈值与所述第四电压阈值是相同的。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述判定所述隔离电容通信电路存在故障包括：输出表示所述隔离电容通信电路出现故障的故障信号。
6.一种隔离电容通信电路，其特征在于：可执行根据权利要求1至5任一项所述方法。
7.根据权利要求6所述隔离电容通信电路，其特征在于：包括失效保护电路；所述失效保护电路可执行所述方法。
8.根据权利要求7所述隔离电容通信电路，其特征在于：所述失效保护电路包括第一比较电路、第二比较电路和逻辑电路；
所述第一比较电路的输入端与所述第一通信子电路的输出端连接；
所述第二比较电路的输入端与所述第二通信子电路的输出端连接；
所述第一比较电路的输出端和所述第二比较电路的输出端均与所述逻辑电路的输入端连接。
9.根据权利要求8所述隔离电容通信电路，其特征在于：所述隔离电容通信电路为高压隔离电路，优选为反激式电源适配器电路；所述逻辑电路为异或门逻辑电路。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至5任一项所述方法。
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