本實用新型總體涉及電源隔離領(lǐng)域，尤其涉及一種為RS485接口提供隔離電源的電路和設(shè)備。

背景技術(shù)：

出于人身安全、信號安全等原因，隔離電源廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。電源隔離大體上具有如下作用：其一，實現(xiàn)安全隔離，即防止人體接觸而導(dǎo)致意外傷害；其二，實現(xiàn)信號噪聲的隔離，例如避免模擬電路與數(shù)字電路之間經(jīng)由電源電路形成的信號干擾，或者例如避免強(qiáng)、弱信號之間經(jīng)由電源電路形成的信號串?dāng)_。此外，電源隔離還便于實現(xiàn)例如過壓、短路等保護(hù)措施和實現(xiàn)穩(wěn)壓和降噪等功能。

RS485接口為一種用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口，其可以有效地用于長距離通信和電氣干擾環(huán)境。RS485接口也可以用來構(gòu)建總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。RS485接口廣泛應(yīng)用在例如暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)中的控制器、監(jiān)視器、控制模塊，消防領(lǐng)域的控制器和監(jiān)視設(shè)備，以及其他具有通信功能的設(shè)備中。實際使用中，通常需要為RS485接口提供電源隔離，以保證使用的安全性和可靠性。

圖1示例性地示出了現(xiàn)有的一種用于RS485接口的隔離電源電路。如圖1所示，隔離電源100包括：一個異步直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器110以及一個DC-DC隔離電源120。具體地，在圖1中，異步DC-DC轉(zhuǎn)換器110具有兩個輸入端I+和I-，其可以接收例如直流+24V的電源輸入。異步DC-DC轉(zhuǎn)換器110的輸出端SW連接到電感L1的一端。電感L1的另一端和地電位GND之間連接有一個電容C1。電感L1和電容C1連接成L形的濾波電路。二極管D1連接在輸出端SW和地電位GND之間，用于在續(xù)流階段提供單向的續(xù)流通路。在電感L1和電容C1之間的結(jié)合點(diǎn)Q可提供第一電源，例如該第一電源為+5V。在圖1中，DC-DC隔離電源120具有兩個輸入端，其分別連接到第一電源+5V和地電位GND，從而由第一電源+5V供電。DC-DC隔離電源120還具有兩個輸出端，即第二電源+5V_ISO和第二地電位GND_ISO。第二電源+5V_ISO和第二地電位GND_ISO均與第一電源+5V和地點(diǎn)位GND相互電氣隔離。這里，由于使用了DC-DC隔離電源，第二電源與第一電源彼此電氣隔離、相互獨(dú)立。

圖1所示出的隔離電源設(shè)計特別適于給例如RS485接口的接口或組件提供隔離的電源，以實現(xiàn)安全和免信號干擾等。然而，圖1所示的隔離電源中，DC-DC隔離電源120的價格與異步DC-DC轉(zhuǎn)換器110的價格相當(dāng)，甚或更高，從而導(dǎo)致圖1的隔離電源成本過高。出于成本考慮，某些應(yīng)用中則不得不采用非電源隔離的設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個目的在于提供一種具有隔離電源的電路，其能夠以相對低廉的價格提供隔離的電源。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種具有隔離電源的電路，包括：一個同步DC-DC轉(zhuǎn)換器，其具有兩個輸入端和輸出端，所述輸入端接收一直流輸入；一個隔離變壓器，其具有彼此電氣隔離的原邊繞組和副邊繞組，其中所述原邊繞組和一個電容器串聯(lián)連接在所述同步DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端和地電位之間，且在所述原邊繞組與所述電容器的結(jié)合點(diǎn)處提供第一電源；所述副邊繞組提供第二電源，所述第二電源與所述第一電源電氣上彼此隔離。優(yōu)選地，所述隔離變壓器的原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比為1:1。

在上述方案中，隔離變壓器的原邊繞組一方面用作同步DC-DC轉(zhuǎn)換器的外圍儲能電感，另一方面以電氣隔離方式向副邊繞組提供電能。這種方案能夠在省去一個隔離DC-DC電源的情況下實現(xiàn)電源隔離。若從成本方面考慮，由于省去了一個隔離DC-DC電源且復(fù)用隔離變壓器的原邊繞組，隔離電源的成本可以降低50％。50％的成本縮減對于大批量生產(chǎn)而言是非常可觀的。

優(yōu)選地，所述同步DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：第一MOSFET，其連接在一個所述輸入端和所述輸出端之間；第二MOSFET，其連接在所述輸出端和另一個所述輸入端之間；一個驅(qū)動電路，其控制所述第一和第二MOSFET的導(dǎo)通或關(guān)斷。

優(yōu)選地，所述電路還包括：第一信號端，其由所述第一電源供電；第二信號端，其由所述第二電源供電；至少一個光耦，其連接在所述第一信號端和所述第二信號端之間。由此，可以不僅實現(xiàn)電源隔離，還同時實現(xiàn)信號隔離。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型還提出一種具有RS485接口的設(shè)備，其特征在于，包括：上述的電路，其提供彼此隔離的第一電源和第二電源，其中所述第一電源和第二電源中之一為所述RS485接口供電。優(yōu)選地，所述設(shè)備為用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制設(shè)備，或者用于消防系統(tǒng)的控制器。

下文將以明確易懂的方式，結(jié)合附圖說明優(yōu)選實施例，對切換裝置的上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明。

附圖說明

以下附圖僅對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種隔離電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的隔離電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了圖2中所示出的同步DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

為了對實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式，在各圖中相同的標(biāo)號表示結(jié)構(gòu)相同或結(jié)構(gòu)相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充當(dāng)實例、例子或說明”，不應(yīng)將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)方案。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)。另外，為使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標(biāo)出了其中的一個。

在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等僅用于彼此的區(qū)分，而非表示它們的重要程度及順序等。

圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的隔離電源200。如圖2所示，隔離電源200包括一個同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210和一個隔離變壓器220。同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210具有兩個輸入端I+、I-和一個輸出端SW。兩個輸入端I+、I-可以接收一直流輸入，例如24V直流輸入?？蛇x地，若在同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210前增加整流濾波電路，隔離電源200也可以接收例如24V的交流輸入。

圖3示例性地示出了一種同步DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210包括兩個受控開關(guān)管Q1和Q2，以及一個驅(qū)動電路212。在圖3的例子中，受控開關(guān)管為場效應(yīng)金屬氧化物半導(dǎo)體管(MOSFET管)。開關(guān)管Q1連接在輸入端I+和輸出端SW之間。開關(guān)管Q2連接在輸出端SW和輸入端I-之間。驅(qū)動電路212連接到受控開關(guān)管Q1和Q2的受控端，用來按照預(yù)定時序控制兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷。優(yōu)選地，圖2和圖3中示出的同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210可以選用市售的德州儀器公司出品的LM2507電源模塊。

隔離變壓器220具有彼此電氣隔離的原邊繞組222和副邊繞組224。原邊繞組222和一個電容器C2串聯(lián)連接在同步DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端SW和地電位GND之間。原邊繞組222與電容器C2構(gòu)成濾波電路，且在其結(jié)合點(diǎn)處提供第一電源+5V。副邊繞組224提供第二電源+5V_ISO。優(yōu)選地，副邊繞組224與一個二極管D2串聯(lián)，以防止反向電流的流動。

圖2中，隔離變壓器220的原邊繞組222一方面用作同步DC-DC轉(zhuǎn)換器210的外圍儲能電感，另一方面以電氣隔離方式向副邊繞組224提供電能。這種方案能夠在省去一個隔離DC-DC電源的情況下實現(xiàn)電源隔離。若從成本方面考慮，由于省去了一個隔離DC-DC電源且復(fù)用隔離變壓器的原邊繞組，圖2所示的隔離電源200的成本是圖1所示隔離電源的50％。50％的成本縮減對于大批量生產(chǎn)而言是非?？捎^的。

這里，由于兩個彼此電氣隔離的電源的電壓相同，隔離變壓器220原副邊繞組匝數(shù)比可以為1:1。若實際應(yīng)用需要不同的電源電壓，隔離變壓器220可以選用其他適合的匝數(shù)比。采用隔離變壓器充當(dāng)隔離元件，不僅可以實現(xiàn)隔離作用，還可以方便地實現(xiàn)不同電源電壓之間的轉(zhuǎn)換。

圖4示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的具有RS485接口的設(shè)備40的示意圖。如圖4所示，RS485收發(fā)器340具有電源端P、接地端G、板上信號連接端Tx、Rx，以及外接信號端A、B。設(shè)備40包括隔離電源200和信號隔離部分300，分別為RS485收發(fā)器提供電源隔離和信號隔離。

隔離電源200與圖2所示相同，其能夠提供彼此電氣隔離的第一電源+5V、第一地電位GND，以及第二電壓+5V_ISO、第二地電位GND_ISO，這里不再贅述。信號隔離部分300包括一個與RS485收發(fā)器340交互信號的板上CPU 330。CPU 330連接到第一電源+5V和GND。RS485收發(fā)器340連接到第二電源+5V_ISO和GND_ISO。由此，CPU和RS485收發(fā)器實現(xiàn)電源隔離。

在信號隔離部分，CPU 330具有兩個信號端TX和RX，其中TX用來發(fā)送信號，RX用來接收信號。CPU 330的兩個信號端可以分別與RS485收發(fā)器340的兩個信號端Tx和Rx信號連接。CPU 330的信號端TX和RS485收發(fā)器340的信號端Tx之間通過一個隔離光耦OPT_T連接。同樣，CPU 330的信號端RX和RS485收發(fā)器340的信號端Rx之間也通過一個隔離光耦OPT_R連接?？蛇x地，對于其他需要隔離的接口，CPU 330也可以具有一個收發(fā)信號端TRX。相應(yīng)地，收發(fā)器340的板上信號端也可以為一個信號端Trx。信號端TRX和Trx之間同樣可以通過一個光耦來實現(xiàn)信號連接。這樣，圖4的設(shè)備40中就不僅實現(xiàn)了RS485收發(fā)器電源隔離，還實現(xiàn)了信號隔離。

在圖4的例子中，具有RS485接口的設(shè)備40可以是例如任何具有通信能力的設(shè)備，尤其可以是暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)的控制器、監(jiān)視器等，或者消防系統(tǒng)中的控制器、層顯，或者其他需要具有通信能力的設(shè)備。

在以上實施例中均以RS485接口為例來描述本實用新型。然而，本實用新型提出的電路并不僅僅適用于RS485接口，其還可以應(yīng)用在其他任何需要電源隔離的信號接口、電路接口、電路模塊、子電路板等。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特征的組合、分割或重復(fù)，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。