CN206389350U - 一种光耦隔离通讯电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光耦隔离通讯电路，包括：高频隔离变压器、第一整流滤波电路、第二整流滤波电路、第一控制单元、第二控制单元、第一光电耦合电路、第二光电耦合电路。高频隔离变压器输出的两组电压分别给不同的两个控制单元使用，实现二者的电气隔离。两个控制单元通过光电耦合电路实现相互间的数据交互，减少相互之间的干扰，提高整个系统的隔离效果和稳定性。此外高频隔离变压器输出的两组不同电压不同负载电流的供电电源，电源电压和负载电流的最大值可以根据实际情况设置高频隔离变压器的初级和次级的匝数比进行调整变化。

Description

一种光耦隔离通讯电路

技术领域

本实用新型涉及一种隔离通讯电路，特别是涉及一种光耦隔离通讯电路。

背景技术

在电池管理系统中，经常会用到隔离电路，实现电路前后级信号的隔离，减小前后级信号相互干扰，实现电路正常、安全、稳定的运行。如充电机与BMS 之间的CAN总线通讯信号就需要隔离，充电机工作时会引进一些干扰BMS正常工作的不同频率段的噪声，故需使用隔离电路，把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果，使设备符合电磁兼容的要求。总电压采集、母线电流检测也有使用隔离电路，实现外部电池高压系统与BMS中MCU之间的高低压电气隔离，保证弱电采集控制单元不受外部高压系统干扰。不同电平模块之间通讯也需要隔离电路，完成不同电平信号之间的相互通讯。

然而，通讯电路隔离前与隔离后模块需提供不同参考地的供电电源，使二者之间达到电气隔离的效果。现如今，较常规的供电做法是通过隔离电源将初级供电转换成次级供电，完成前后级的隔离，通讯载体多为光电耦合器或者隔离变压器或集成的转换芯片，如后级的负载较大，则所需前级提供的功率随之增大，集成隔离电源也需使用较大功率的模块，如此便会大幅增加电路的复杂度与成本，不利于批量化，同时还会降低电源的转换效率。

根据中国公开专利CN200920283091.9的RS232通讯隔离电路，该电路通过隔离电路中的高速光电耦合器实现电气隔离，传输速度快，但由于此电路没有运用高频隔离变压器输出两组相互独立电源电压供给给不同的单元使用，进一步提高系统的隔离效果和稳定性，且运用高频隔离变压器在一定程度上可以提高电源的转换使用效率，使其技术方案具有一定的局限性。同样地，在中国公开专利文件CN201520168382.9的一种数据通讯双重隔离串口电路中也是利用隔离电路中的光电耦合器件实现电路的电气隔离，但同样缺乏运用高频隔离变压器输出两组相互独立的电压，使其技术方案具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种光耦隔离通讯电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种光耦隔离通讯电路，包括：高频隔离变压器、第一整流滤波电路、第二整流滤波电路、第一控制单元、第二控制单元、第一光电耦合电路、第二光电耦合电路；

所述第一整流滤波电路的输入端与所述高频隔离变压的第一输出绕组连接，所述第二整流滤波电路输入端与所述高频隔离变压器的第二输出绕组连接；所述第一整流滤波电路的输出端分别与所述第一控制单元的VCC1管脚和第一参考地GND1连接，所述第二整流滤波电路输出端分别与所述第二控制单元的 VCC2管脚和第二参考地GND2连接；

所述第一光电耦合电路的输入端与所述第一控制单元的TXD1管脚连接，其输出端与所述第二控制单元的RXD2管脚连接；所述第二光电耦合电路的输入端与所述第二控制单元的TXD2管脚连接，其输出端与所述第一控制单元的 RXD1管脚连接。

在其中一个实施例中，所述第一光电耦合电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器ISO1、第三电阻R3，

所述第一电阻R1的一端与第一电源VCC1连接，其另一端与所述第二电阻 R2的一端连接；

所述第二电阻R2的另一端与所述第一控制单元MCU1的TXD1管脚连接；

所述第一光电耦合器ISO1的发光二极管与所述第二电阻R2并联连接；

所述第三电阻R3的一端与第二电源VCC2连接，其另一端分别与所述第一光电耦合器ISO1的光电三极管的集电极、第二控制单元MCU2的RXD2管脚连接；

所述第一光电耦合器ISO1的光电三极管的发射极与第二参考地GND2连接。

在其中一个实施例中，所述第二光电耦合电路包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第二光电耦合器ISO2、第六电阻R6；

所述第五电阻R5的一端与第二电源VCC2连接，其另一端与所述第六电阻 R6的一端连接；

所述第六电阻R6的另一端与所述第二控制单元MCU2的TXD2管脚连接；

所述第二光电耦合器ISO2的发光二极管与所述第二电阻R6并联连接；

所述第四电阻R4的一端与第一电源VCC1连接，其另一端分别与所述第二光电耦合器ISO2的光电三极管的集电极、第一控制单元MCU1的RXD1管脚连接；

所述第二光电耦合器ISO2的光电三极管的发射极与第一参考地GND1连接。

在其中一个实施例中，所述第一整流滤波电路包括：第一整流二极管D1、第一滤波电容C1，

所述第一整流二极管D1的阳极与所述高频隔离变压器的第一输出绕组的同名端连接，其阴极分别与所述第一控制单元的VCC1管脚、所述第一滤波电容C1的一端连接；

所述第一滤波电容C1的另一端分别与所述第一控制单元的GND管脚、高频隔离变压器的第一输出绕组的异名端连接，所述第一控制单元的GND管脚接第一参考地GND1。

在其中一个实施例中，所述第二整流滤波电路包括：第二整流二极管D2、第二滤波电容C2；

所述第二整流二极管D2的阳极与所述高频隔离变压器的第二输出绕组的同名端连接，其阴极分别与所述第二控制单元的VCC2管脚、所述第二滤波电容C2的一端连接；

所述第二滤波电容C2的另一端分别与所述第二控制单元的GND管脚、高频隔离变压器的第二输出绕组的异名端连接，所述第二控制单元的GND管脚接第二参考地GND2。

在其中一个实施例中，所述高频隔离变压器的初级线圈输入电压是直流电压或者交流电压。

本次实用新型的技术方案对比于现有技术，有以下几种有益效果：

1.高频隔离变压器的两组输出电源相互独立，分别供给不同的微控制模块使用，减少相互之间的干扰，提高整个系统的隔离效果和稳定性。

2.第一控制单元和第二控制单元都是从高频隔离变压器的输出取电，而不是直接的线性转换，在一定程度上可以提高电源的转换使用效率。

3.使用两个简单的光电耦合器件，即可实现不同模块之间的数据交互，且光隔离噪声小、干扰小。

附图说明

图1为本实施例的光耦隔离通讯电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/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。

请参阅图1为光耦隔离通讯电路原理图，包括：高频隔离变压器T1、第一整流滤波电路10、第二整流滤波电路20、第一控制单元MCU1、第二控制单元 MCU2、第一光电耦合电路30、第二光电耦合电路40。

具体地，第一整流滤波电路10的输入端与高频隔离变压器T1的第一次输出绕组连接，第二整流滤波电路20输入端与高频隔离变压器T1的第二次输出绕组连接；第一整流滤波电路10的输出端分别与第一控制单元MCU1的VCC1 管脚和第一参考地GND1连接，第二整流滤波电路20输出端分别与第二控制单元MCU2的VCC2管脚和第二参考地GND2连接。

需要说明的是，高频隔离变压器T1的输出两组电源分别为第一电源VCC1 和第二电源VCC2，两组电源相互独立，分别在第一整流滤波电路10和第二整流滤波电路20整流滤波输出后，分别输入给第一控制单元MCU1的VCC1管脚和第二控制单元MCU2的VCC2管脚；同时，第一电源VCC1和第二电源VCC2 也供给第一光电耦合电路30和第二光电耦合电路40使用。以此减少单元间的相互干扰，提高整个系统的隔离效果和稳定性。

具体地，第一光电耦合电路30的输入端与第一控制单元MCU1的TXD1 管脚连接，其输出端与第二控制单元MCU2的RXD2管脚连接；第二光电耦合电路40的输入端与第二控制单元MCU2的TXD2管脚连接，其输出端与第一控制单元MCU1的RXD1管脚连接。

需要说明的是，第一控制单元MCU1和第二控制单元MCU2通过两个简单的光电耦合器件，实现不同单元之间的数据交互，且光隔离噪声小、干扰小。

进一步地，第一光电耦合电路30包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器ISO1、第三电阻R3。

第一电阻R1的一端与第一电源VCC1连接，其另一端与第二电阻R2的一端连接；

第二电阻R2的另一端与第一控制单元MCU1的TXD1管脚连接；

第一光电耦合器ISO1的发光二极管与第二电阻R2并联连接；

第三电阻R3的一端与第二电源VCC2连接，其另一端分别与第一光电耦合器ISO1的光电三极管的集电极、第二控制单元MCU2的RXD2管脚连接；

第一光电耦合器ISO1的光电三极管的发射极与第二参考地GND2连接。

需要说明的是，第二电阻R2并联在第一光电耦合器ISO1的发光二极管上，一方面启到分流的作用，另一方面启到改善通讯波形的作用，防止在电平翻转的时刻突然出现浪涌电压尖峰。

还需要说明的是，第三电阻R3为上拉电阻，将第二控制单元MCU2的RXD2 管脚置高，避免系统在上电的瞬间RXD2管脚的不确定状态出现。

进一步地，第二光电耦合电路40包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第二光电耦合器ISO2、第六电阻R6。

第五电阻R5的一端与第二电源VCC2连接，其另一端与第六电阻R6的一端连接；

第六电阻R6的另一端与第二控制单元MCU2的TXD2管脚连接；

第二光电耦合器ISO2的发光二极管与第二电阻R6并联连接；

第四电阻R4的一端与第一电源VCC1连接，其另一端分别与第二光电耦合器ISO2的光电三极管的集电极、第一控制单元MCU1的RXD1管脚连接；

第二光电耦合器ISO2的光电三极管的发射极与第一参考地GND1连接。

需要说明的是，第六电阻R6并联在第二光电耦合器ISO2的发光二极管上，一方面启到分流的作用，另一方面启到改善通讯波形的作用，防止在电平翻转的时刻突然出现浪涌电压尖峰。

还需要说明的是，第四电阻R4为上拉电阻，将第一控制单元MCU1的RXD1 管脚置高，避免系统在上电的瞬间RXD1管脚的不确定状态出现。

还需要说明的是，所述第一光电耦合器ISO1和第二光电耦合器ISO2采用是把发光器件和光敏器件封装在同一壳体内，中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。其中，发光器件是发光二极管。而光敏器件是光敏三极管。

还需要说明的是，所述第一控制单元MCU1的TXD1管脚输出低电平信号时，第一光电耦合器ISO1的发光二极管正向导通，触发第一光电耦合器ISO1 的光电三极管导通，第二控制单元MCU2的RXD2管脚被拉至低电平，第二控制单元MCU2的RXD2管脚有电平翻转，即认为接受到通讯信号，即可将第二控制单元MCU2的TXD2管脚置低电平，发送指令，第二光电耦合器ISO2的发光二极管正向导通，触发第二光电耦合器ISO2的光电三极管ISO2正向导通，第一控制单元MCU1的RXD1管脚被拉至低电平，第一控制单元MCU1的RXD1 管脚有电平翻转，即认为接受到通讯信号，第一控制单元MCU1即可识别第二控制单元MCU2的指令，便做出相应的判断和响应，完成两个不同单元之间的相互通讯。

进一步地，第一整流滤波电路10包括：第一整流二极管D1、第一滤波电容C1。

第一整流二极管D1的阳极与高频隔离变压器T1的第一输出绕组的同名端连接，其阴极分别与所述第一控制单元MCU1的VCC1管脚、第一滤波电容C1 的一端连接；

第一滤波电容C1的另一端分别与所述第一控制单元(MCU1)的GND管脚、高频隔离变压器T1的第一输出绕组的异名端连接，所述第一控制单元MCU 的GND管脚接第一参考地GND1；

进一步地，第二整流滤波电路20包括：第二整流二极管D2、第二滤波电容C2；

第二整流二极管D2的阳极与高频隔离变压器T1的第二输出绕组同名端连接，其阴极分别与第二控制单元MCU2的VCC2管脚、第二滤波电容C2的一端连接；

第二滤波电容C2的另一端分别与第二控制单元MCU2的GND管脚、高频隔离变压器T1的第二输出绕组异名端连接，所述第二控制单元MCU2的GND 管脚接地第二参考地GND2；

需要说明的是，第一整流滤波电路10和第二整流滤波电路20对高频隔离变压器T1输出的两组电压进行整流滤波。

还需要说明的是，高频隔离变压器T1输出的两组不同电压不同负载电流的供电电源，电源电压和负载电流的最大值可以根据实际情况设置高频隔离变压器的初级和次级的匝数比进行调整变化。

本实用新型公开了一种光耦合通讯电路包括：高频隔离变压器T1、第一整流滤波电路10、第二整流滤波电路20、第一控制单元MCU1、第二控制单元 MCU2、第一光电耦合电路30、第二光电耦合电路40。高频隔离变压器T1输出的两组电压分别给不同的两个控制单元使用，实现二者的电气隔离。两个控制单元通过光电耦合电路实现相互间的数据交互，减少相互之间的干扰，提高整个系统的隔离效果和稳定性。此外高频隔离变压器T1输出的两组不同电压不同负载电流的供电电源，电源电压和负载电流的最大值可以根据实际情况设置高频隔离变压器T1的初级和次级的匝数比进行调整变化。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，包括：高频隔离变压器T1、第一整流滤波电路(10)、第二整流滤波电路(20)、第一控制单元MCU1、第二控制单元MCU2、第一光电耦合电路(30)、第二光电耦合电路(40),

所述第一整流滤波电路(10)的输入端与所述高频隔离变压T1的第一输出绕组连接，所述第二整流滤波电路(20)输入端与所述高频隔离变压器T1的第二输出绕组连接；所述第一整流滤波电路(10)的输出端分别与所述第一控制单元MCU1的VCC1管脚和第一参考地GND1连接，所述第二整流滤波电路(20)输出端分别与所述第二控制单元MCU2的VCC2管脚和第二参考地GND2连接；

所述第一光电耦合电路(30)的输入端与所述第一控制单元MCU1的TXD1管脚连接，其输出端与所述第二控制单元MCU2的RXD2管脚连接；所述第二光电耦合电路(40)的输入端与所述第二控制单元MCU2的TXD2管脚连接，其输出端与所述第一控制单元MCU1的RXD1管脚连接。

2.根据权利要求1所述的一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，所述第一光电耦合电路(30)包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器ISO1、第三电阻R3，

所述第一电阻R1的一端与第一电源VCC1连接，其另一端与所述第二电阻R2的一端连接；

所述第二电阻R2的另一端与所述第一控制单元MCU1的TXD1管脚连接；

所述第一光电耦合器ISO1的发光二极管与所述第二电阻R2并联连接；

所述第三电阻R3的一端与第二电源VCC2连接，其另一端分别与所述第一光电耦合器ISO1的光电三极管的集电极、第二控制单元MCU2的RXD2管脚连接；

所述第一光电耦合器ISO1的光电三极管的发射极与第二参考地GND2连接。

3.根据权利要求1所述的一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，所述第二光电耦合电路(40)包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第二光电耦合器ISO2、第六电阻R6,

所述第五电阻R5的一端与第二电源VCC2连接，其另一端与所述第六电阻R6的一端连接；

所述第六电阻R6的另一端与所述第二控制单元MCU2的TXD2管脚连接；

所述第二光电耦合器ISO2的发光二极管与所述第六电阻R6并联连接；

所述第四电阻R4的一端与第一电源VCC1连接，其另一端分别与所述第二光电耦合器ISO2的光电三极管的集电极、第一控制单元MCU1的RXD1管脚连接；

所述第二光电耦合器ISO2的光电三极管的发射极与第一参考地GND1连接。

4.根据权利要求1所述的一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，所述第一整流滤波电路(10)包括：第一整流二极管D1、第一滤波电容C1，

所述第一整流二极管D1的阳极与所述高频隔离变压器T1的第一输出绕组的同名端连接，其阴极分别与所述第一控制单元MCU1的VCC1管脚、所述第一滤波电容C1的一端连接；

所述第一滤波电容C1的另一端分别与所述第一控制单元MCU1的GND管脚、高频隔离变压器T1的第一输出绕组的异名端连接，所述第一控制单元MCU1的GND管脚接第一参考地GND1。

5.根据权利要求1所述的一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，所述第二整流滤波电路(20)包括：第二整流二极管D2、第二滤波电容C2,

所述第二整流二极管D2的阳极与所述高频隔离变压器T1的第二输出绕组的同名端连接，其阴极分别与所述第二控制单元MCU2的VCC2管脚、所述第二滤波电容C2的一端连接；

所述第二滤波电容C2的另一端分别与所述第二控制单元MCU2的GND管脚、高频隔离变压器T1的第二输出绕组的异名端连接，所述第二控制单元MCU2的GND管脚接第二参考地GND2。

6.根据权利要求1所述的一种光耦隔离通讯电路，其特征在于，所述高频隔离变压器T1的初级线圈输入电压是直流电压或者交流电压。