CN219577065U - 一种频段切换电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种频段切换电路和电子设备，涉及载波通信技术领域。本频段切换电路包括耦合变压器和可变电感模块，耦合变压器包括内侧边和外侧边。外侧边用于连接外侧电路；内侧边包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端和第二线圈的第二端用于连接载波信号处理模块，第一线圈的第二端连接于可变电感模块的第一端，第二线圈的第一端连接可变电感模块的第二端；可变电感模块用于在不同导通状态时产生的电感值不同。能够通过改变可变电感模块的电感，来改变谐振点、改变通频带，进而实现覆盖更宽的通频带。

Description

一种频段切换电路和电子设备

技术领域

本申请涉及载波通信技术领域，尤其涉及一种频段切换电路和电子设备。

背景技术

电表自动化集抄系统使用电力线载波通信技术通信，如图1，电表通过耦合变压器与火线、零线实现电气隔离，并且传输载波。

图1中的电容为X安规电容，对于X安规电容有以下相关要求：载波频率越低，要求的X安规电容的电容量就要越高，才能保证X安规电容在载波频率下的阻抗保持在一个较低的水平，避免对正常通信的载波信号形成插入损耗造成信号衰减。

一般要求通频带内安规电容的阻抗不大于1Ω。电容的阻抗计算公式如下：

式中，f为载波频率，C为电容量，Zc为电容的阻抗。

由于电力线载波的强电接口是直接挂接在电网上的(图1中的L即为火线，N即为零线)，而且在电网频率下，耦合变压器的阻抗极小，此时，X安规电容就成了容性负载。

若产品投放的国家或地区允许的载波频率很低，这个容性负载就不可忽视。对于这种情况，可以在X安规电容上再串联一个电感器L1，使X安规电容和串联的电感形成LC谐振，并且使LC的谐振点落在通频带的几何中心即可。这种方式可以显著减小X安规电容的容量。这类实施方案见图2所示。

上文中的几何中心频率的含义为：

式中，f_几为几何中心频率，f_高频点为通频带的高频点频率，f_低频点为通频带的低频点频率。

但LC谐振实际上是一种带通滤波器，C越小，LC谐振的通频带的带宽就会越窄。在应用较小的X安规电容的情况下，就有可能会使得LC谐振带通滤波器的带宽过窄，无法覆盖完整的通频带。

因此，如何能够覆盖更宽的通频带，是需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种频段切换电路和电子设备，以解决现有技术中如何覆盖更宽的通频带的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供一种频段切换电路，包括耦合变压器和可变电感模块，所述耦合变压器包括内侧边和外侧边。

所述外侧边用于连接外侧电路；

所述内侧边包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端用于连接载波信号处理模块，所述第一线圈的第二端连接于所述可变电感模块的第一端，所述第二线圈的第一端连接所述可变电感模块的第二端；所述可变电感模块用于在不同导通状态时产生的电感值不同。

可选地，所述可变电感模块包括至少两组可投切电感，每组所述可投切电感并联。

可选地，每组所述可投切电感包括：第一投切电感、第一开关、第二投切电感、第二开关；

所述第一投切电感和所述第一开关串联后的一端连接所述可变电感模块的第一端，另一端接地；

所述第二投切电感和所述第二开关串联后的一端连接所述可变电感模块的第二端，另一端接地。

可选地，所述频段切换电路还包括至少一个直流隔离电容；

所述第一线圈的第一端连接一个直流隔离电容，该直流隔离电容的第二端用于连接载波信号处理模块；和/或

所述第二线圈的第二端连接一个直流隔离电容，该直流隔离电容的第二端用于连接载波信号处理模块。

可选地，所述频段切换电路还包括TX功率放大器，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述TX功率放大器的两个输出端，所述TX功率放大器的两个输入端用于连接载波信号调制解调器。

可选地，所述频段切换电路还包括RX带通滤波器，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述RX带通滤波器的两个输入端，所述RX带通滤波器的两个输出端用于连接载波信号调制解调器。

可选地，所述频段切换电路还包括TX功率放大器、RX带通滤波器和载波信号调制解调器；

所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述TX功率放大器的两个输出端，所述TX功率放大器的两个输入端用于连接载波信号调制解调器的两个发送端；

所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述RX带通滤波器的两个输入端，所述RX带通滤波器的两个输出端用于连接载波信号调制解调器的两个接收端。

可选地，所述频段切换电路还包括X安规电容，所述外侧边和所述X安规电容串联。

可选地，所述第一线圈和所述第二线圈的匝数相同。

第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括第一方面的频段切换电路。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的频段切换电路中，耦合变压器的内侧边分为两端电感，可变电感模块在内侧边的两个电感之间，可以替代外侧边的用来与X安规电容谐振的电感，由于可变电感模块的电感是可变的，因此可以改变其电感，来改变谐振点、改变通频带，进而实现覆盖更宽的通频带。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中电表通过耦合变压器与火线、零线实现电气隔离来传输载波的示意图；

图2为一种X安规电容和串联的电感形成LC谐振以减小容性负载的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种频段切换电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用载波信号调制解调器、TX功率放大器、直流隔离电容器、RX带通滤波器、X安规电容器、耦合变压器和可变电感模块组成的频段切换电路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种可变电感模块包含两组可投切电感的频段切换电路示意图。

附图标记说明：

100-频段切换电路

110-载波信号处理模块

111-载波信号调制解调器

112-TX功率放大器

113-RX带通滤波器

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

现有的电力线载波通信技术中，存在谐振点固定、通频带较为局限的问题。

为了克服以上问题，可参阅图3，本申请实施例提供了一种频段切换电路100，包括耦合变压器T1和可变电感模块L2，耦合变压器包括内侧边和外侧边。内侧边对应图中T1的左边部分，靠近载波信号处理模块110；外侧边对应图中T1的右边部分，远离载波信号处理模块110。

因为载波信号是由高频交流信号组成，因此利用耦合变压器T1实现电气隔离，具体功能如下：

1、外侧边N2用于输入外侧载波或输出内侧载波，外侧载波是指来自外侧电路的载波，内侧载波是指来自内侧的载波；

2、内侧边包括第一线圈N1-1和第二线圈N1-2：

1)第一线圈N1-1的第一端和第二线圈N1-2的第二端用于输入内侧载波或输出外侧载波，连接载波信号处理模块110；

2)第一线圈N1-1的第二端连接于可变电感模块L2的第一端，第二线圈N1-2的第一端连接可变电感模块L2的第二端，用可变电感模块L2自身电感量的改变来改变谐振点、改变通频带，进而实现覆盖更宽的通频带。可变电感模块L2可以通过一些开关管等器件的导通和关断状态，切入或切出电感来产生不同的电感值。

也可以这样理解本频段切换电路100：

1、图2中去掉电感L1。

2、再将图2中的绕组N1分为两组线圈，两组线圈分别为N1-1、N1-2，为了便于设计器件的参数、两边的电路平衡，分为两组可以是对绕组N1平分，即N1-1、N1-2相同。

3、然后在N1-1、N1-2之间插入可变电感模块L2，设计L2的参数满足以下公式，可以使图3的性能和图2一致：

上式中，N1是图2中绕组N1的匝数，N2是外侧边N2的匝数，L1是图2中电感L1的电感量，L2是可变电感模块L2的电感量。

这样相当于可变电感模块L2代替了原电路中的L1电感，由于原电感L1形成RC谐振的谐振点，那么改变可变电感模块L2的电感量的效果即相当于改变原电感L1，即改变了RC谐振的谐振点，实现了多个LC谐振频段的切换。

图4展示了一种用载波信号调制解调器111、TX功率放大器112、直流隔离电容器C1和C3、RX带通滤波器113、X安规电容器C2、耦合变压器T1和可变电感模块L2组成的实施方式，载波信号调制解调器111、TX功率放大器112、RX带通滤波器113可以视为图3中的载波信号处理模块110，可以将上述部分或全部视作频段切换电路100。

各个部分的功能如下：

1)载波信号调制解调器111

用于实现对数字量调制后输出给TX功率放大器；以及对接收到的模拟量进行解调。

2)TX功率放大器112

对调制后的载波信号进行功率放大，提高带负载的能力。

3)直流隔离电容器C1、C3

实现直流隔离，避免TX功率放大器的输出零漂造成耦合变压器N1侧短路。

4)RX带通滤波器113

使通频带内的信号以低损耗的方式通过，使通频带外的信号以高损耗的方式通过，从而提高信噪比。

5)X安规电容器C2

使高频载波信号以低损耗的方式通过，而对低频的电网电压形成高阻抗，避免大电流通过耦合变压器。

对于可变电感模块L2的实施方式，可以参考图5，图5展示了两组可投切电感组成可变电感模块的实施方式示意图。

可变电感模块包括至少两组可投切电感，每组可投切电感并联。举个例子，可变电感模块包括第一组可投切电感和第二组可投切电感，那么可以选择以下其中一种状态：

1、第一组可投切电感切入且第二组可投切电感切出，整个可变电感模块的电感值为一个电感值L_x1。

2、第一组可投切电感和第二组可投切电感同时切入，整个可变电感模块的电感值为另一个电感值L_x2。

如果第一组可投切电感和第二组可投切电感的电感值不同，那么就能实现三种状态，除了上述1、2的两种状态，还有第三种：

3、第二组可投切电感切入且第一组可投切电感切出，整个可变电感模块的电感值为一个电感值L_x3。

图5中，第一组可投切电感包括：电感L3-1、开关管Q1、电感L3-2、开关管Q2。各个器件具有以下连接关系：

1、开关管Q1的控制端和开关管Q2的控制端用于输入控制信号CTRL1。

2、电感L3-1、开关管Q1串联后的一端连接可变电感模块的第一端P1，另一端接地；图中的电感L3-1、开关管Q1可以互换位置，构成串联关系即可。

3、电感L3-2、开关管Q2串联后的一端连接可变电感模块的第一端P1，另一端接地；图中的电感L3-2、开关管Q2可以互换位置，构成串联关系即可。

可以这样理解，电感L3-1、电感L3-2是把图4中L2的电感量平分成了2个，并各自通过电子开关接GND。这里使用了NMOS作为电子开关。类似的也可以使用继电器作为开关。

同理，图5中的第二组可投切电感包括：电感L4-1、开关管Q3、电感L4-2、开关管Q4。各个器件具有以下连接关系：

1、开关管Q3的控制端和开关管Q4的控制端用于输入控制信号CTRL2。

2、电感L4-1、开关管Q1串联后的一端连接可变电感模块的第一端P1，另一端接地；图中的电感L4-1、开关管Q1可以互换位置，构成串联关系即可。

3、电感L4-2、开关管Q2串联后的一端连接可变电感模块的第一端P1，另一端接地；图中的电感L4-2、开关管Q2可以互换位置，构成串联关系即可。

通过上述图5的实施方式可以总结出，每组可投切电感包括：

1、两个电感，分别命名为第一投切电感、第二投切电感；

2、两个开关，分别命名为第一开关、第二开关；

具有以下连接关系：

第一投切电感和第一开关串联后的一端连接可变电感模块的第一端，另一端接地；

第二投切电感和第二开关串联后的一端连接可变电感模块的第二端，另一端接地。

类似地，还可以设置第三组可投切电感或者更多，可以让每组可投切电感的开关连接一个控制信号。这种可投切电感的电路数量可无限扩充并联，从而实现任意通频带带宽的LC谐振带通滤波器。

基于上述实施例，本申请实施例还提供一种电子设备，例如电能表或电能表的通讯设备，通过上述的频段切换电路来进行电力线载波通信。使用LC谐振带通滤波器，降低X安规电容的电容量，从而降低了X安规电容带来的无功功率，进而降低了视在功率。在使用较小X安规电容量的情况下，依旧可以通过多组电感的投切，实现扩充LC谐振带通滤波器带宽的功能。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种频段切换电路，其特征在于，包括耦合变压器和可变电感模块，所述耦合变压器包括内侧边和外侧边；

所述外侧边用于连接外侧电路；

所述内侧边包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端用于连接载波信号处理模块，所述第一线圈的第二端连接于所述可变电感模块的第一端，所述第二线圈的第一端连接所述可变电感模块的第二端；所述可变电感模块用于在不同导通状态时产生的电感值不同。

2.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述可变电感模块包括至少两组可投切电感，每组所述可投切电感并联。

3.如权利要求2所述的频段切换电路，其特征在于，每组所述可投切电感包括：第一投切电感、第一开关、第二投切电感、第二开关；

所述第一投切电感和所述第一开关串联后的一端连接所述可变电感模块的第一端，另一端接地；

所述第二投切电感和所述第二开关串联后的一端连接所述可变电感模块的第二端，另一端接地。

4.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述频段切换电路还包括至少一个直流隔离电容；

所述第一线圈的第一端连接一个直流隔离电容，该直流隔离电容的第二端用于连接载波信号处理模块；和/或

所述第二线圈的第二端连接一个直流隔离电容，该直流隔离电容的第二端用于连接载波信号处理模块。

5.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述频段切换电路还包括TX功率放大器，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述TX功率放大器的两个输出端，所述TX功率放大器的两个输入端用于连接载波信号调制解调器的两个发送端。

6.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述频段切换电路还包括RX带通滤波器，所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述RX带通滤波器的两个输入端，所述RX带通滤波器的两个输出端用于连接载波信号调制解调器的两个接收端。

7.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述频段切换电路还包括TX功率放大器、RX带通滤波器和载波信号调制解调器；

所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述TX功率放大器的两个输出端，所述TX功率放大器的两个输入端用于连接载波信号调制解调器的两个发送端；

所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端连接于所述RX带通滤波器的两个输入端，所述RX带通滤波器的两个输出端用于连接载波信号调制解调器的两个接收端。

8.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述频段切换电路还包括X安规电容，所述外侧边和所述X安规电容串联。

9.如权利要求1所述的频段切换电路，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈的匝数相同。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一项所述的频段切换电路。