CN112769136A - 一种滤波电路、电源设备及供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电子电路技术领域，公开一种滤波电路、电源设备及供电系统。滤波电路用于与电力线连接，以滤除电力线上输入至滤波电路的输入电源所携带的干扰信号，输出滤波后的输入电源，并且隔离电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的电力载波信号。通过以上方式，可降低对电力线的噪声干扰，确保电力载波信号在电力线上正常传输。

Description

一种滤波电路、电源设备及供电系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术技术领域，特别是涉及一种滤波电路、电源设备及供电系统。

背景技术

电源设备是一种将来自电网或电力线上的交流转换成直流电源以为一些电子设备供电的设备。由于各种干扰因素，电力线上不可避免会存在各种杂波、噪声或其它干扰信号，例如差模干扰信号和共模干扰信号，而一些电源设备并未设置有抑制这些杂波或噪声的电路，从而产生较大的电磁干扰，一方面，产生的电磁干扰或噪声会耦合到电力线上以加剧电力线的噪声干扰，另一方面，电源设备在为电子设备供电时，产生的电磁干扰会使得电子设备出现不能正常工作的情况。

并且，随着电力载波通讯技术的发展，人们使用的电力载波设备越来越多。电力载波设备通过输出电力载波信号并将其耦合到电力线上以实现在电力线上进行通讯。然而，要使得电力载波信号在电力线上正常传输，要求电力线上的噪声至少不能高于-140dBm，由于电源设备产生的噪声会耦合到电力线上，因此，电源设备产生的噪声也需要控制在-140dBm以下。因此，如何抑制电源设备产生的噪声，满足电力载波通讯的要求，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种滤波电路、电源设备及供电系统，能够解决现有技术中电源设备产生的噪声无法得到有效抑制的技术问题。

本发明实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供了一种滤波电路，用于与电力线连接，以滤除电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的干扰信号，输出滤波后的输入电源，并且，隔离电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的电力载波信号。

可选的，包括信号隔离滤波单元及π型滤波单元；所述隔离滤波单元用于与电力线连接，用于隔离来自电力线上的输入电源所携带的电力载波信号；π型滤波单元与所述隔离滤波单元连接，用于滤除来自电力线上的输入电源所携带的干扰信号，以输出滤波后的输入电源。

可选的，所述隔离滤波单元包括第一差模电感及第二差模电感；所述第一差模电感的输入端用于与第一电力线连接，所述第二差模电感输出端用于与第二电力线连接，所述第一差模电感的输出端及所述第二差模电感的输出端均与所述π型滤波单元连接。

可选的，所述π型滤波单元包括第一共模电感、第一X电容、第二X电容、第三X电容及第二共模电感；所述第一共模电感包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，所述第二共模电感包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端；所述第一共模电感的第一输入端与所述第一差模电感的输出端连接，所述第一共模电感的第二输入端与所述第二差模电感的输出端连接，所述第一共模电感的第一输出端、所述第一X电容的一端、所述第三X电容的一端及所述第二共模电感的第一输入端共同连接，所述第一共模电感的第二输入端、所述第二X电容的一端、所述第三X电容的另一端及所述第二共模电感的第二输入端共同连接，所述第一X电容的另一端与所述第二X电容的另一端连接，所述第二共模电感的第一输出端及第二输出端均与所述电源和转换电路连接。

可选的，所述π型滤波单元还包括第一电阻及第二电阻；所述第一电阻的一端与所述第一共模电感的第一输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一共模电感的第二输出端连接。

在第二方面，本发明实施例提供一种电源设备，包括如上所述的滤波电路；以及电源转换电路，所述电源转换电路与所述滤波电路连接，用于将经过所述滤波电路滤波后的输入电源转换成供电电源，所述供电电源用于为外部设备供电。

在第三方面，本发明实施例提供一种供电系统，包括如上所述的电源设备；以及电力载波设备，所述电力载波设备与所述电源设备连接，所述电源设备用于为所述电力载波设备供电。

可选的，所述电力载波设备包括上行信号处理电路、下行信号处理电路及信号耦合电路；所述信号耦合电路用于分别与电力线、上行信号处理电路及下行信号处理电路连接，所述上行信号处理电路用于输出上行信号并通过所述信号耦合电路将所述上行信号耦合到电力线上，所述下行信号处理电路用于接收所述电力线上经过所述信号耦合电路耦合后的下行信号。

可选的，所述信号耦合电路包括变压器、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，所述变压器包括第一端、第二端、第三端及第四端；所述上行信号处理电路包括第一输出端及第二输出端，所述下行信号处理电路包括第一输入端及第二输入端；所述变压器的第一端用于与第三电力线连接，所述变压器的第二端用于与第四电力线连接，所述变压器的第三端分别与所述第一电容的一端及所述第三电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述上行信号处理电路的第一输出端连接，所述第三电容的另一端与所述下行信号处理电路的第一输入端连接，所述变压器的第四端分别与所述第二电容的一端及所述第四电容的一端连接，所述第二电容的一端与所述上行信号处理电路的第二输出端连接，所述第四电容的另一端与所述下行信号处理电路的第二输入端连接。

可选的，所述电力载波设备还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极共同连接于所述变压器的第三端，所述第一二极管的阴极与外部电源连接，所述第二二极管的阳极接地；所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极共同连接于所述变压器的第四端，所述第三二极管的阴极与外部电源连接，所述第四二极管的阳极接地。

本发明实施例的有益效果是：区别于相关技术，提供了一种滤波电路、电源设备及供电系统。滤波电路用于与电力线连接，以滤除电力线上输入至滤波电路的输入电源所携带的干扰信号，输出滤波后的输入电源，并且隔离电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的电力载波信号。通过以上方式，可降低对电力线的噪声干扰，确保电力载波信号在电力线上正常传输。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供一种供电系统的结构示意图；

图2是图1中提供一种电力载波设备的结构框图；

图3是图2中提供一种信号耦合电路的电路结构示意图；

图4是图1中提供一种电力载波设备的电路结构示意图；

图5是图1中提供另一种电力载波设备的电路结构示意图；

图6是图1中提供一种电源设备的结构示意图；

图7是图6中提供一种滤波电路的电路结构示意图；

图8是图1中提供一种电源设备的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，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。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供一种供电系统100的结构示意图。如图1所示，供电系统100包括电源设备10和与电源设备10连接的电力载波设备20。电源设备10是一种电源转换装置，可以通过各种不同形式将输入电源转换成所需的电压和电流，从而为用电负载或电子设备供电，例如，电源设备10是一种开关电源，开关电源可以将一个位准的输入电压转换成所需的输出电压。在本实施例中，电源设备10与电网连接，通过从电力线取输入电源，将输入电源进行一系列的转换以得到所需的输出电源，该输出电源用来为电力载波设备20供电。

电力载波设备20是一种基于电力线载波技术进行信号或数据传输的通讯电子设备。电力线载波是电力系统特有的通讯方式，而电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。此种通讯方式最大的特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能够进行信号或数据传输。

在一些实施例中，如图2所示，电力载波设备20包括上行信号处理电路21、下行信号处理电路22及信号耦合电路23。

信号耦合电路23用于分别与电力线、上行信号处理电路21及下行信号处理电路22连接，上行信号处理电路21用于输出上行信号并通过信号耦合电路23将上行信号耦合到电力线上，下行信号处理电路22用于接收电力线上经过信号耦合电路23耦合后的下行信号。其中，上行信号和下行信号均为电力载波通讯信号。这样，实现了在电力线上进行信号或数据的传输，以实现不同设备间的通讯。

在本实施例中，电力载波设备20的工作过程如下：上行信号处理电路21输出的上行信号用于给到前端机房设备，实现上行信号处理电路21与前端机房设备之间的通讯，当上行信号处理电路21输出上行信号时，下行信号处理电路22关闭输入，不接收任何信号，当上行信号处理电路21不输出上行信号时，下行信号处理电路22打开输入，开始接收来自电力线上的电力载波通讯信号，也就是下行信号，通过然后对接收到的下行信号进行处理，从而得到来自外界的信息。

信号耦合电路23实现电力线与上行信号处理电路21、下行信号处理电路22之间信号耦合或传输。如图3所示，信号耦合电路23包括变压器231、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。变压器231包括第一端231a、第二端231b、第三端231c和第四端231d。

上行信号处理电路21包括第一输出端21a及第二输出端21b，下行信号处理电路22包括第一输入端22a及第二输入端22b。上行信号处理电路21通过第一输出端21a和第二输出端21b输出上行信号，下行信号处理电路22通过第一输入端22a和第二输入端22b接收下行信号。

变压器231的第一端231a用于与电力线W1连接，变压器231的第二端231b用于与电力线W2连接，变压器231的第三端231c分别与第一电容C1的一端及第三电容C3的一端连接，第一电容C1的另一端与上行信号处理电路21的第一输出端21a连接，第三电容C3的另一端与下行信号处理电路22的第一输入端22a连接，变压器231的第四端231d分别与第二电容C2的一端及第四电容C4的一端连接，第二电容C2的一端与上行信号处理电路21的第二输出端21b连接，第四电容C4的另一端与下行信号处理电路22的第二输入端22b连接。

电力线W1和电力线W2可以为三相中任意一根线或中线，例如电力线W1为相线，电力线W2为中线，此时，电力载波通讯信号是通过相线和中线来传输数据的。又例如电力线W1为相线，电力线W2为相线，此时，电力载波通讯信号是通过相线和相线来传输数据的。

在本实施例中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第三电容C3均为隔直电容，亦即，上行信号处理电路21输出上行信号时，首先通过第一电容C1和第二电容C2隔直后，再通过变压器231耦合到电力线上，而下行信号处理电路22接收下行信号时，电力线上的下行信号先通过信号耦合电路23耦合出来，再通过第三电容C3和第四电容C4隔直后输入到下行信号处理电路22。

由于电力线上传输的是高压电，因此，此处，信号耦合电路23不仅起到信号耦合的作用，还起到变压隔离高低压的作用。而为了确保信号耦合的安全性，当电力线W1和电力线W2均为相线时，变压器231的第一端231a需要串联一个高电容后与相线连接，变压器231的第二端231b需要串联一个高电容后与相线连接。当电力线W1为相线、电力线W2为中线时，变压器231的第一端231a需要串联一个高电容后与相线连接。

为了更好地将电力载波通讯信号耦合到交流电力线上，需要具有较强的抗浪涌性能。在一些实施例中，如图4所示，电力载波设备20还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4。

第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极共同连接于变压器231的第三端231c，第一二极管D1的阴极与外部电源连接，第二二极管D2的阳极接地。

第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极共同连接于变压器231的第四端231d，第三二极管D3的阴极与外部电源连接，第四二极管D4的阳极接地。

在一些实施例中，如图5所示，电力载波设备20还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4。

第一电阻R1的一端与变压器231的第三端231c连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端连接，第二电阻R2的一端与第一电容C1的另一端连接，第二电阻R2的另一端与上行信号处理电路21的第一输出端21a连接，第三电阻R3的一端与变压器231的第四端231d连接，第三电阻R3的另一端与第二电容C2的一端连接，第四电阻R4的一端与第二电容C2的另一连接，第四电阻R4的另一端与上行信号处理电路21的第二输出端21b连接。

第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4在电路中起到限流保护的作用。

由于电力线上存在着各种各样的干扰信号，并且与电力线连接的电源设备在工作过程中也会产生干扰信号，电源设备产生的干扰信号也会耦合到电力线上，若电源设备本身无法抑制其自身产生的干扰信号，其在给电子设备供电时，将会造成电子设备无法正常工作，或者造成电子设备的性能降低。并且，当电力线上存在载波通讯信号时，要使得载波通讯信号在电力线上正常传输信号，要求电力线上的噪声至少不能高于-140dBm，相应的，电源设备产生的噪声也不能高于-140dBm，因此，电源设备需具有很强的抑制来自电力线上或自身产生的干扰信号的性能。

如图6所示，本发明实施例提供的电源设备10包括滤波电路11及电源转换电路12。

滤波电路11用于与电力线连接，以滤除电力线上输入至滤波电路11的输入电源所携带的干扰信号，输出滤波后的输入电源，并且，隔离电力线上输入至滤波电路11的输入电源所携带的电力载波信号。

电源转换电路12与滤波电路11连接，电源转换电路12可将经过滤波电路11滤波后的输入电源转换成供电电源，该供电电源用于为电力载波设备20供电。

电源转换电路12用来将经过滤波电路11滤波后的输入电源(交流电源)经过AC/DC转换后得到所需的输出电压，例如，电源转换电路12是一种反激式开关电源，该种开关电源首先需要将来自滤波电路11的交流电源整流成直流电源，该直流电源经过变压器的转换以及整流滤波处理后得到所需的直流电源，从而可以为一些电子设备进行供电。

通过电源设备10的滤波电路11来极大地抑制来自电力线上的输入到电源设备10的输入电源所携带的干扰信号，从而使得电源设备10为电力载波设备20供电时，不会影响电力载波设备20的正常工作。

并且，滤波电路11还具有隔离电力线上输入至电源设备10的输入电源所携带的电力载波信号的作用，使得该电力载波信号不会通过电源设备10后被衰减掉，从而保证电力线上电力载波信号的完整性，实现电力载波信号的正常传输，满足电力载波通讯要求。

具体的，如图7所示，滤波电路11包括隔离滤波单元111及π型滤波单元112。

隔离滤波单元111用于与电力线连接，以隔离来自电力线上的输入电源所携带的电力载波信号，π型滤波单元112与隔离滤波单元111连接，以滤除来自电力线上的输入电源所携带的干扰信号，以输出滤波后的输入电源。

隔离滤波单元111包括第一差模电感L及第二差模电感L2。

第一差模电感L1的输入端用于与电力线W3连接，第二差模电感L2输出端用于与电力线W3连接，第一差模电感L1的输出端及第二差模电感L2的输出端均与π型滤波单元112连接。

π型滤波单元112包括第一共模电感1121、第一X电容C_X1、第二X电容C_X2、第三X电容C_X3及第二共模电感1122。

第一共模电感1121包括第一输入端1121a、第二输入端1121b、第一输出端1121c及第二输出端1121d，第二共模电感1122包括第一输入端1122a、第二输入端1122b、第一输出端1122c及第二输出端1122d。

第一共模电感1121的第一输入端1121a与第一差模电感L1的输出端连接，第一共模电感1121的第二输入端1121b与第二差模电感L2的输出端连接，第一共模电感1121的第一输出端1121c、第一X电容C_X1的一端、第三X电容C_X3的一端及第二共模电感1122的第一输入端1122a共同连接，第一共模电感1121的第二输出端1121d、第二X电容C_X1的一端、第三X电容C_X3的另一端及第二共模电感1122的第二输入端1122b共同连接，第一X电容C_X1的另一端与第二X电容C_X2的另一端连接，第二共模电感1122的第一输出端1122c和第二输出端1122d均与电源转换电路12连接。

X电容是一种安规电容。第一共模电感1121和第二共模电感1122可以由超微晶磁环和铁氧体磁环组成的共模电感，该共模电感包括两个共模电感线圈，这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。当电路中的正常电流流经该电感器时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)，当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模干扰电流，达到滤波的目的。

通过第一共模电感1121、第一X电容C_X1、第二X电容C_X2、第三X电容C_X3及第二共模电感1122组成π型滤波网络，能够有效滤除输入电源所携带的共模干扰信号和差模干扰信号，并且通过第一差模电感L2和第二差模电感L2进一步滤除差模干扰信号，使得电源设备10的EMI干扰得到有效的抑制，电源设备10在为电力载波设备20供电时，确保不会影响电力载波设备20的正常工作。并且，第一差模电感L2和第二差模电感L2设置在π型滤波网络之前，这样，电力载波通讯信号无法经过π型滤波网络，从而避免电力载波通讯信号被π型滤波网络滤除或衰减掉，因此，可保证电力载波通讯信号的完整性，以实现正常通讯。

在一些实施例中，电源设备10还包括压敏电阻RSV。

压敏电阻RSV并联在电力线W3和电力线W4之间，用于保护电路中的电压不会太高。其中，压敏电阻RSV为14D471K压敏电阻。

在一些实施例中，电源设备10还包括热敏电阻RTS。

热敏电阻RTS的一端与电力线W3连接，热敏电阻RTS的另一端与第一差模电感L1的输入端连接，用于抑制电力线上的输入电源的瞬间浪涌。其中，热敏电阻RTS为1D11热敏电阻。

在一些实施例中，电源设备10还包括保险丝FS10。

保险丝FS10的一端与电力线W4连接，热敏电阻RTS的另一端与第二差模电感L2的输入端连接，用于实现过流保护。其中，保险丝FS10采用规格为3.15A/250V的保险丝。

最后要说明的是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本发明的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本发明不同方面的许多其它变化，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种滤波电路，其特征在于，用于与电力线连接，以滤除电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的干扰信号，输出滤波后的输入电源，并且，隔离电力线上输入至所述滤波电路的输入电源所携带的电力载波信号。

2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，包括信号隔离滤波单元及π型滤波单元；

所述隔离滤波单元用于与电力线连接，用于隔离来自电力线上的输入电源所携带的电力载波信号；

π型滤波单元与所述隔离滤波单元连接，用于滤除来自电力线上的输入电源所携带的干扰信号，以输出滤波后的输入电源。

3.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述隔离滤波单元包括第一差模电感及第二差模电感；

所述第一差模电感的输入端用于与第一电力线连接，所述第二差模电感输出端用于与第二电力线连接，所述第一差模电感的输出端及所述第二差模电感的输出端均与所述π型滤波单元连接。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述π型滤波单元包括第一共模电感、第一X电容、第二X电容、第三X电容及第二共模电感；

所述第一共模电感包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，所述第二共模电感包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端；

所述第一共模电感的第一输入端与所述第一差模电感的输出端连接，所述第一共模电感的第二输入端与所述第二差模电感的输出端连接，所述第一共模电感的第一输出端、所述第一X电容的一端、所述第三X电容的一端及所述第二共模电感的第一输入端共同连接，所述第一共模电感的第二输入端、所述第二X电容的一端、所述第三X电容的另一端及所述第二共模电感的第二输入端共同连接，所述第一X电容的另一端与所述第二X电容的另一端连接，所述第二共模电感的第一输出端及第二输出端均与所述电源和转换电路连接。

5.根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述π型滤波单元还包括第一电阻及第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述第一共模电感的第一输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一共模电感的第二输出端连接。

6.一种电源设备，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的滤波电路；以及

电源转换电路，所述电源转换电路与所述滤波电路连接，用于将经过所述滤波电路滤波后的输入电源转换成供电电源，所述供电电源用于为外部设备供电。

7.一种供电系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的电源设备；以及

电力载波设备，所述电力载波设备与所述电源设备连接，所述电源设备用于为所述电力载波设备供电。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述电力载波设备包括上行信号处理电路、下行信号处理电路及信号耦合电路；

所述信号耦合电路用于分别与电力线、上行信号处理电路及下行信号处理电路连接，所述上行信号处理电路用于输出上行信号并通过所述信号耦合电路将所述上行信号耦合到电力线上，所述下行信号处理电路用于接收所述电力线上经过所述信号耦合电路耦合后的下行信号。

9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述信号耦合电路包括变压器、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，所述变压器包括第一端、第二端、第三端及第四端；

所述上行信号处理电路包括第一输出端及第二输出端，所述下行信号处理电路包括第一输入端及第二输入端；

所述变压器的第一端用于与第三电力线连接，所述变压器的第二端用于与第四电力线连接，所述变压器的第三端分别与所述第一电容的一端及所述第三电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述上行信号处理电路的第一输出端连接，所述第三电容的另一端与所述下行信号处理电路的第一输入端连接，所述变压器的第四端分别与所述第二电容的一端及所述第四电容的一端连接，所述第二电容的一端与所述上行信号处理电路的第二输出端连接，所述第四电容的另一端与所述下行信号处理电路的第二输入端连接。

10.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，所述电力载波设备还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极共同连接于所述变压器的第三端，所述第一二极管的阴极与外部电源连接，所述第二二极管的阳极接地；

所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极共同连接于所述变压器的第四端，所述第三二极管的阴极与外部电源连接，所述第四二极管的阳极接地。

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