CN210324194U - 一种通信接口磁耦合隔离防护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种通信接口磁耦合隔离防护电路，包括磁耦合隔离防护电路、RS232通信电路、数据收发电路和隔离电源电路；磁耦合隔离防护电路用于隔离耐压，磁耦合隔离防护电路连接RS232通信电路，RS232通信电路用于实现RS232串口通信，RS232通信电路连接数据收发电路，数据收发电路与RS232通信电路相互发送和接收数据，隔离电源电路连接磁耦合隔离防护电路和RS232通信电路，隔离电源电路用于为磁耦合隔离防护电路提供第二端供电电源和第二端电源地，同时也为RS232通信电路提供供电电源和电源地。本实用新型在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势，性能高，功耗低，体积小。
Description
技术领域
本实用新型涉及配电网线路电能损耗领域，特别涉及一种通信接口磁耦合隔离防护电路。
背景技术
RS232是PC机与工业通信中应用最广泛的一种串行接口。RS232接口最初是由美国EIA(电子工业联合会)规定的用于计算机与终端设备之间通讯的一种标准，目前已被广泛的用于系统间的串行通信线路。RS232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ，所以适合本地之间的通信；采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题。在多数情况下RS232主要使用主通道，对于一般全双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。
由于RS232的典型应用是在系统间的通讯，因此在各系统间的隔离设计已经变的非常必要。隔离不仅可以保护器件免受总线上的高压危害，还可以消除总线上的接地回流，同时隔离还可以有效的减少系统间数据传输的误码与错误。
传统的RS232总线隔离方法是光耦合器技术，使用光束来隔离和保护检测电路以及在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口。目前一般使用6N137光电隔离器件，该器件工作电压为5V，最高速率10Mbps，工作温度一般为0℃到70℃，隔离电压2500Vrms，并且以DIP8型封装，每个芯片仅提供一个隔离通道，这些性能已经限制了6N137在更高要求的环境中应用。ADUM1201是基于iCoupler磁耦隔离技术的双通道数字隔离器，采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势。
实用新型内容
技术目的：针对现有技术中RS232总线光耦合器隔离技术的不足，本实用新型公开了一种通信接口磁耦合隔离防护电路，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势，能够在更高要求的环境中应用。
技术方案：本实用新型公开了一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，包括磁耦合隔离防护电路、RS232通信电路、数据收发电路和隔离电源电路；MCU微处理器连接磁耦合隔离防护电路，磁耦合隔离防护电路用于隔离耐压，使通信接口防雷击浪涌，磁耦合隔离防护电路连接RS232通信电路，RS232通信电路用于实现RS232串口通信，RS232通信电路连接数据收发电路，数据收发电路接收RS232通信电路发送的数据或发送数据到RS232通信电路，隔离电源电路连接磁耦合隔离防护电路和RS232通信电路，隔离电源电路用于为磁耦合隔离防护电路提供第二端供电电源和第二端电源地，同时也为RS232通信电路提供供电电源和电源地。
优选地，所述隔离电源电路包括隔离电源芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第二电阻；
其中隔离电源芯片的1引脚连接到第一供电电源，2引脚接地，1和2引脚之间并联第一电容和第二电容，7引脚输出第二供电电源，5引脚输出参考地，7和5引脚之间并联第三电容、第四电容、第一电阻和第二电阻。
其中，隔离电源电路输出的第二供电电源作为磁耦合隔离防护电路的第二端供电电源和RS232通信电路的供电电源，输出的参考地作为磁耦合隔离防护电路的第二端电源地和RS232通信电路的电源地。
优选地，所述磁耦合隔离防护电路包括隔离芯片、第五电容、第六电容、第三电阻、第四电阻和第五电阻；
其中隔离芯片的3引脚连接到MCU微处理器，接收信号，在6引脚输出经过磁隔离耦合的信号，并输入到RS232通信电路；隔离芯片的7引脚接收来自RS232通信电路的信号，在2引脚输出经过磁隔离耦合的信号，并输入到MCU微处理器。
优选地，所述RS232通信电路包括RS232收发芯片、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第一TVS二极管和第二TVS二极管；
其中RS232收发芯片的10引脚接收磁耦合隔离防护电路中隔离芯片的6引脚输出的信号，在7引脚输出经过转换后的UART 232电平信号，并输入到数据收发电路；RS232收发芯片的8引脚接收来自数据收发电路的UART 232电平信号，在9引脚输出经过转换后的信号，并输入到磁耦合隔离防护电路。
优选地，所述数据收发电路包括连接器接口、第十二电容、第十三电容、第六电阻和第七电阻；
其中第十三电容和第六电阻共同连接到连接器接口的5引脚，第十三电容另一端接地，第六电阻另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片的7引脚，输入来自RS232通信电路的UART 232电平信号；第十二电容和第七电阻共同连接到连接器接口的6引脚，第十二电容另一端接地，第七电阻另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片的8引脚，输出UART232电平信号到RS232通信电路。
有益效果：本实用新型具有以下有益效果：
(1)、本实用新型采用ADUM1201双通道iCoupler数字隔离器，采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势，消除了传统光电隔离器不确定的传输速率、非线性的传输函数以及温度和寿命对器件的影响，不需要其他的驱动和分立元件，提供了更加稳定的转化性能，而且在相同的信号传输速率下功耗只有光电隔离器的1/10到1/6；
(2)本实用新型以单一芯片实现了RS232系统之间的电气隔离，而且ADUM1201采用双转化通道，两通道方向相反的特殊结构，非常适合于CAN总线信号的传输，大大简化了系统的硬件结构，同时，由一个隔离芯片代替以往的两个，大大增加了通道间的匹配程度，使系统获得更好的隔离性能。
附图说明
图1是本实用新型的电路总体框架图；
图2是本实用新型的具体电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示，一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，包括磁耦合隔离防护电路、RS232通信电路、数据收发电路和隔离电源电路；MCU微处理器连接磁耦合隔离防护电路，磁耦合隔离防护电路用于隔离耐压，使通信接口防雷击浪涌，磁耦合隔离防护电路连接RS232通信电路，RS232通信电路用于实现RS232串口通信，RS232通信电路连接数据收发电路，数据收发电路接收RS232通信电路发送的数据或发送数据到RS232通信电路，隔离电源电路连接磁耦合隔离防护电路和RS232通信电路，隔离电源电路用于为磁耦合隔离防护电路提供第二端供电电源和第二端电源地，同时也为RS232通信电路提供供电电源和电源地。
具体电路如图2所示。
所述隔离电源电路包括隔离电源芯片U16、第一电容C14、第二电容C15、第三电容C16、第四电容C17、第一电阻R65和第二电阻R66。
其中隔离电源芯片U16的1引脚连接到第一供电电源，2引脚接地，1和2引脚之间并联第一电容C14和第二电容C15，7引脚输出第二供电电源VCC50，5引脚输出参考地GND50，7和5引脚之间并联第三电容C16、第四电容C17、第一电阻R65和第二电阻R66。
其中隔离电源电路输出的第二供电电源VCC50作为磁耦合隔离防护电路的第二端供电电源和RS232通信电路的供电电源，输出的参考地GND50作为磁耦合隔离防护电路的第二端电源地和RS232通信电路的电源地。
其中隔离电源芯片U16采用F0305S-1WR2，是1W额定电压输入隔离非稳压单路输出DC-DC模块电源，为磁耦合隔离防护电路中隔离芯片U18提供5V的第二端供电电源VCC50和第二端电源地GND50，为RS232通信电路中RS232收发芯片U15提供5V的供电电源VCC50和电源地GND50，达到芯片两侧的电器特性完全隔离的效果。
所述磁耦合隔离防护电路包括隔离芯片U18、第五电容C710、第六电容C720、第三电阻R423、第四电阻R424和第五电阻R425。
其中隔离芯片U18的1引脚经过第三电阻R423连接到第一端供电电源，同时1引脚经过第五电容C710连接到第一端电源地，4引脚连接第一端电源地；隔离芯片U18的8引脚经过第四电阻R424连接到第二端供电电源VCC50，同时8引脚经过第六电容C720连接到第二端电源地GND50，5引脚连接第二端电源地GND50。
其中隔离芯片U18的3引脚连接到MCU微处理器U1，接收信号Dbg232TX，在6引脚输出经过磁隔离耦合的信号dbgTXD_ISO，并输入到RS232通信电路；隔离芯片U18的7引脚接收来自RS232通信电路的信号dbgRXD_ISO，在2引脚输出经过磁隔离耦合的信号Dbg232RX，并输入到MCU微处理器U1。
其中隔离芯片U18采用iCoupler磁耦隔离双通道数字隔离器ADUM1201ARZ，采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势。ADUM1201所隔离的两端有各自的电源和参考地，电源电压范围在2.7V到5.5V之间，这样可以实现低电压供电，从而进一步降低系统功耗。电源和参考地之间需要接入0.01μF到0.1μF电容，以滤除高频干扰，电容和电源之间的距离应该在20mm以内，这样可以达到更好的滤波效果。由于两个隔离通道高度匹配，通道间串扰很小，并且采用两通道输入输出反向设计，非常适合RS232总线双向收发的特性，大大简化可隔离器与所隔离两端的硬件连接。需要注意的是GND1与GND2是两个不同的参考地，否则将达不到隔离的效果。通过使用磁耦合隔离芯片ADUM1201ARZ，使隔离芯片的原副边达到2500VAC隔离耐压，达到使通信接口防雷击浪涌的效果。
所述RS232通信电路包括RS232收发芯片U15、第七电容C705、第八电容C717、第九电容C706、第十电容C718、第十一电容C1、第一TVS二极管D16和第二TVS二极管D18。
其中RS232收发芯片U15的1引脚经过第七电容C705连接到3引脚，2引脚经过第九电容C706连接到供电电源VCC50，4引脚经过第八电容C717连接到5引脚，6引脚经过第十电容C718连接到电源地GND50，7引脚经过第二TVS二极管D18连接到电源地GND50，8引脚经过第一TVS二极管D16连接到电源地GND50，15引脚连接到电源地GND50，16引脚连接到供电电源VCC50，电源地GND50与供电电源VCC50之间通过第十一电容C1连接。
其中RS232收发芯片U15的10引脚接收磁耦合隔离防护电路中隔离芯片U18的6引脚输出的信号dbgTXD_ISO，在7引脚输出经过转换后的∪ART 232电平信号RS232_TX，并输入到数据收发电路；RS232收发芯片U15的8引脚接收来自数据收发电路的∪ART 232电平信号RS232_RX，在9引脚输出经过转换后的信号dbgRXD_ISO，并输入到磁耦合隔离防护电路。
其中RS232收发芯片U15采用MAX202EESE。
所述数据收发电路包括连接器接口J1、第十二电容C2、第十三电容C3、第六电阻R1和第七电阻R2。
其中连接器接口J1的4引脚接地，11引脚和12引脚接保护地。
其中第十三电容C3和第六电阻R1共同连接到连接器接口J1的5引脚，第十三电容C3另一端接地，第六电阻R1另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片U15的7引脚，输入来自RS232通信电路的UART 232电平信号RS232_TX；第十二电容C2和第七电阻R2共同连接到连接器接口J1的6引脚，第十二电容C2另一端接地，第七电阻R2另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片U15的8引脚，输出UART 232电平信号RS232_RX到RS232通信电路。
其中连接器接口J1采用SC601 56S 8P8C-1X1 EMI。
本实用新型，当发送数据时，MCU微处理器发送Dbg232TX信号到隔离芯片U18的3引脚，通过磁隔离耦合到6引脚输出，然后发送到RS232收发芯片U15的10引脚，通过RS232收发芯片U15转换成UART 232电平，在7引脚输出，然后通过限流电阻R1，送到J1连接器5引脚；当接收数据时，信号从J1连接器的6引脚通过限流电阻R2，发送到RS232收发芯片U15的8引脚，RS232收发芯片U15将其电平转换成3.3V的LV-CMOS，然后发送到隔离芯片U18的7引脚，然后磁隔离耦合到2引脚，输出到MCU微处理器，得到一个安全的信号，可以连接芯片的管脚，达到了保护芯片，隔离外界干扰的作用。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，包括磁耦合隔离防护电路、RS232通信电路、数据收发电路和隔离电源电路；MCU微处理器连接磁耦合隔离防护电路，磁耦合隔离防护电路用于隔离耐压，使通信接口防雷击浪涌，磁耦合隔离防护电路连接RS232通信电路，RS232通信电路用于实现RS232串口通信，RS232通信电路连接数据收发电路，数据收发电路接收RS232通信电路发送的数据或发送数据到RS232通信电路，隔离电源电路连接磁耦合隔离防护电路和RS232通信电路，隔离电源电路用于为磁耦合隔离防护电路提供第二端供电电源和第二端电源地，同时也为RS232通信电路提供供电电源和电源地。
2.根据权利要求1所述的一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，所述隔离电源电路包括隔离电源芯片(U16)、第一电容(C14)、第二电容(C15)、第三电容(C16)、第四电容(C17)、第一电阻(R65)和第二电阻(R66)；
其中隔离电源芯片(U16)的1引脚连接到第一供电电源，2引脚接地，1和2引脚之间并联第一电容(C14)和第二电容(C15)，7引脚输出第二供电电源(VCC50)，5引脚输出参考地(GND50)，7和5引脚之间并联第三电容(C16)、第四电容(C17)、第一电阻(R65)和第二电阻(R66)；
其中，隔离电源电路输出的第二供电电源(VCC50)作为磁耦合隔离防护电路的第二端供电电源和RS232通信电路的供电电源，输出的参考地(GND50)作为磁耦合隔离防护电路的第二端电源地和RS232通信电路的电源地。
3.根据权利要求1所述的一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，所述磁耦合隔离防护电路包括隔离芯片(U18)、第五电容(C710)、第六电容(C720)、第三电阻(R423)、第四电阻(R424)和第五电阻(R425)；
其中隔离芯片(U18)的3引脚连接到MCU微处理器(U1)，接收信号(Dbg232TX)，在6引脚输出经过磁隔离耦合的信号(dbgTXD_ISO)，并输入到RS232通信电路；隔离芯片(U18)的7引脚接收来自RS232通信电路的信号(dbgRXD_ISO)，在2引脚输出经过磁隔离耦合的信号(Dbg232RX)，并输入到MCU微处理器(U1)。
4.根据权利要求3所述的一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，所述RS232通信电路包括RS232收发芯片(U15)、第七电容(C705)、第八电容(C717)、第九电容(C706)、第十电容(C718)、第十一电容(C1)、第一TVS二极管(D16)和第二TVS二极管(D18)；
其中RS232收发芯片(U15)的10引脚接收磁耦合隔离防护电路中隔离芯片(U18)的6引脚输出的信号(dbgTXD_ISO)，在7引脚输出经过转换后的UART 232电平信号(RS232_TX)，并输入到数据收发电路；RS232收发芯片(U15)的8引脚接收来自数据收发电路的UART 232电平信号(RS232_RX)，在9引脚输出经过转换后的信号(dbgRXD_ISO)，并输入到磁耦合隔离防护电路。
5.根据权利要求4所述的一种通信接口磁耦合隔离防护电路，其特征在于，所述数据收发电路包括连接器接口(J1)、第十二电容(C2)、第十三电容(C3)、第六电阻(R1)和第七电阻(R2)；
其中第十三电容(C3)和第六电阻(R1)共同连接到连接器接口(J1)的5引脚，第十三电容(C3)另一端接地，第六电阻(R1)另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片(U15)的7引脚，输入来自RS232通信电路的UART 232电平信号(RS232_TX)；第十二电容(C2)和第七电阻(R2)共同连接到连接器接口(J1)的6引脚，第十二电容(C2)另一端接地，第七电阻(R2)另一端连接到RS232通信电路中RS232收发芯片(U15)的8引脚，输出UART 232电平信号(RS232_RX)到RS232通信电路。
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| CN201921633957.4U CN210324194U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种通信接口磁耦合隔离防护电路 |
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| CN210324194U true CN210324194U (zh) | 2020-04-14 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113098543A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-07-09 | 云谷技术(珠海)有限公司 | 一种二线制复用电路 |
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2019
- 2019-09-27 CN CN201921633957.4U patent/CN210324194U/zh active Active
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| CN113098543A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-07-09 | 云谷技术(珠海)有限公司 | 一种二线制复用电路 |
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