隔离装置及电子设备的制作方法

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1.本实用新型涉及电源技术领域，具体而言，涉及一种隔离装置及电子设备。

背景技术：

2.对于一些电路，例如电脉冲电路、外置模块电路、rs485电路等，实际应用过程中会与人体直接接触，为避免发生触电危险，电路设计中通常使用光耦进行电气隔离。
3.由于光耦是通过光电媒介传输，当外部存在干扰，例如无线电干扰，或环境温度改变等其他影响时，光耦传输比容易收到影响，使得光耦的导通电流减小，从而导致信号传输失败。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的包括，例如，提供了一种隔离装置，其能够提高隔离模块的抗干扰能力，使得隔离模块在受到干扰，导致高通电流减小时，仍然使得三极管处于饱和状态，从而实现信号传输。
5.为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种隔离装置，其特征在于，包括隔离模块、第一电阻、第二电阻和开关器件，所述隔离模块、所述第一电阻和所述开关器件依次电连接；所述第二电阻的一端电连接于所述隔离模块和所述第一电阻之间，另一端接地；所述隔离模块包括用于接收输入信号的信号输入端，所述开关器件包括用于产生输出信号的信号输出端；
7.所述隔离模块，用于当所述输入信号为低电平时，产生导通电流，以使所述开关器件产生低电平；以及当所述输入信号为高电平时截止，以使所述开关器件产生高电平；
8.其中，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当所述输入信号为低电平时，所述隔离模块处于放大状态，且所述开关器件处于饱和状态。
9.在一种可能的实施方式中，所述隔离模块包括发光元件和光电传感器，所述发光元件的阳极与第一供电元件电连接，阴极与所述信号输入端电连接；所述光电传感器的一端与第二供电元件电连接，另一端与所述第一电阻电连接；
10.所述发光元件，用于当所述输入信号为低电平时导通，并产生光信号，以及，当所述输入信号为高电平时截止；
11.所述光电传感器，用于当感应到所述光信号时，产生导通电流；以及，当未感应到所述光信号时截止。
12.在一种可能的实施方式中，所述隔离装置还包括第三电阻；所述开关器件包括控制端、第一触点和第二触点，所述光电传感器、所述第一电阻和所述控制端依次电连接；所述第二电阻的一端电连接于所述光电传感器和所述第一电阻之间，另一端接地；所述第二触点接地；所述第一触点串联所述第三电阻接第三供电元件，并在所述第一触点和所述第三电阻之间形成所述信号输出端；其中，所述第三电阻的阻值满足第二预设条件，以使当所
述开关器件处于饱和状态时，所述信号输出端产生低电平。
13.在一种可能的实施方式中，所述第一预设条件为：
14.r1《(v2-v
be
)/(i
1-v2/r2)；
15.其中，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值，v2为所述第二供电元件的电压，v
be
为所述开关器件导通时控制端和第一触点之间的电压，i1为所述光电传感器导通时的最大电流。
16.在一种可能的实施方式中，所述第二预设条件为：
17.r3》v3/(ib×
a)；其中，ib＝(i2*r2-v
be
)/(r1+r2)；
18.其中，r3为所述第三电阻的阻值，v3为所述第三供电元件的电压，ib为所述开关器件的控制端的电流，a为所述开关器件的放大倍数；i2为所述光电传感器导通时的最小电流，r1为所述第一电阻，r2为所述第二电阻。
19.在一种可能的实施方式中，所述隔离装置还包括第四电阻和电容，所述光电传感器、所述第四电阻和所述第一电阻依次电连接；所述电容的一端电连接于所述光电传感器和所述第一电阻之间，另一端接地。
20.在一种可能的实施方式中，所述隔离装置还包括第五电阻，所述发光二极管的阴极串联所述第五电阻接所述信号输入端。
21.在一种可能的实施方式中，所述隔离模块为光耦或容隔。
22.在一种可能的实施方式中，所述开关器件为三极管或mos管。
23.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上述的隔离装置。
24.相对现有技术，本实用新型实施例提供的一种隔离装置及电子设备，隔离装置包括隔离模块、第一电阻、第二电阻和开关器件，隔离模块、第一电阻和开关器件依次电连接；第二电阻的一端电连接于隔离模块和第一电阻之间，另一端接地。其中，第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，且开关器件处于饱和状态。当输入信号为低电平时，隔离模块产生导通电流，从而使得开关器件产生低电平，当输入信号为高电平时，隔离模块截止，使得开关器件产生高电平，从而实现信号传输。由于第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，因此，即使隔离模块受到干扰，使得导通电流减小，开关器件也仍然处于饱和状态，并输出低电平，从而提高了隔离模块的抗干扰能力。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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。
26.图1为本实用新型实施例提供的第一隔离装置的结构示意图。
27.图2为本实用新型实施例提供的第二隔离装置的结构示意图。
28.图3为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之一。
29.图4为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之二。
30.图5为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之三。
31.图6为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之四。
32.图7为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之五。
33.图8为本实用新型实施例提供的隔离装置的结构示意图之六。
34.图标：10-第一隔离装置；20-第二隔离装置；30-隔离装置；310-隔离模块；320-开关器件；330-信号输入端；340-信号输出端；350-第一供电元件；360-第二供电元件；370-第三供电元件。
具体实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
40.对于一些电路，例如电脉冲电路、外置模块电路、rs485电路、mbus、p1口等，实际应用过程中会与人体直接接触，为避免发生触电危险，电路设计中通常使用光耦进行电气隔离。
41.请参考图1，图1示出了第一隔离装置10的电路图，包括光耦、电阻r
x
和电阻ry。光耦包括发光元件d1和光电传感器q1，发光元件的阳极和3.3v的电源vcc电连接，阴极串联一个阻值为1kω的电阻r
x
接信号输入端。信号输入端用于输入高低电平。光电传感器q1的一段接5v的电源vdd，另一端串联一个1kω的电阻ry接地，并在光电传感器和电阻之间形成信号输出端。
42.当输入信号为低电平时，发光元件导通，电流约为2ma。常温情况下，光耦传输比按照300％计算，则光电传感器的电流为2ma*300％＝6ma，6ma》5v/1kω，因此光耦处于开关状态，信号输出端输出低电平。
43.当高温情况下，光耦传输比变小，按照180％计算，则光电传感器的电流为2ma*180％《5v/1kω，光耦处于放大状态，信号输出端无法输出低电平，导致信号传输失败。
44.针对上述第一隔离装置10存在的问题，市面上出现了第二隔离装置20，第二隔离装置20的电路图如图2所示，在图1所示第一隔离装置10的基础上增加了整形电路，其光耦部分和图1中的第一隔离装置10相同，在此不再赘述。
45.整形电路包括一个阻值为4.7kω的电阻rn、阻值为430ω的电阻rm和三极管q2，使
得光耦处于放大状态。光电传感器q1的端子3串联电阻rn接三极管q2的基极，电阻rm的一端电连接于光电传感器q1和电阻rn之间，另一端接地。三极管q2的发射极e接地，集电极c接电源vdd。
46.当输入信号为低电平时，发光元件的电流为2ma，光耦传输比按照300％计算，光电传感器q1的端子3电压约为2ma*300％*430ω＝2.6v《5v，此时光耦处于放大状态，电阻rm为三极管q2提供导通电压，使得三极管q2处于饱和状态，从而在信号输出端输出低电平，实现信号传输。
47.当光耦受到干扰时，导致光电传感器q1的电流小于1.5ma，从而使得端子3的电压小于0.7v，电流不足以维持三极管q2导通，故三极管q2关断，信号输出端输出高电平，信号传输失败。
48.针对第一隔离装置10存在的由于光耦受到干扰，导致光耦由饱和状态变为放大状态，从而导致输出信号输出端输出高电平的问题；以及，第二隔离装置20存在的由于光耦输出电流变小，使得三极管q2关断，进而导致输出信号输出端输出高电平的问题。本实施例提供了一种隔离装置，其能够提高隔离模块的抗干扰能力，使得隔离模块在受到干扰，导致高通电流减小时，使得光耦始终处于放大状态，且使得三极管处于饱和状态，从而实现信号传输。
49.在上述内容的基础上，请参考图3，图3示出了本实施例提供的隔离装置30的结构示意图。包括隔离模块310、第一电阻r1、第二电阻r2和开关器件320，隔离模块310、第一电阻r1和开关器件320依次电连接。第二电阻r2的一端电连接于隔离模块310和第一电阻r1之间，另一端接地。隔离装置30还包括用于接收输入信号的信号输入端330和用于产生输出信号的信号输出端340，信号输入端330和隔离模块310电连接，开关器件320和信号输出端340电连接。
50.隔离模块310，用于当输入信号为低电平时，产生导通电流，以使开关器件320产生低电平；以及当输入信号为高电平时截止，以使开关器件320产生高电平并通过信号输出端340输出。
51.其中，第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块310处于放大状态，且开关器件320处于饱和状态。
52.相对于现有技术，本实施例提供的隔离装置，通过调整第一电阻和第二电阻的阻值满足一定条件，使得当输入信号为低电平时，隔离模块始终处于放大状态，且开关器件始终处于饱和状态。从而在隔离装置受到干扰时，即使隔离装置的导通电流减小，隔离模块仍然处于放大状态，且开关器件仍然处于饱和状态，从而在信号输出端340产生低电平，实现信号传输，从而提高了隔离装置的抗干扰能力。
53.可选的，隔离模块为光耦或容隔。
54.可选的，在图3的基础上，请参考图4。隔离模块310包括发光元件d1和光电传感器q1，发光元件d1的阳极与第一供电元件350电连接，阴极与信号输入端330电连接；光电传感器q1的一端与第二供电元件360电连接，另一端与第一电阻r1电连接。
55.发光元件d，用于当输入信号为低电平时导通，并产生光信号，以及，当输入信号为高电平时截止。
56.光电传感器q1，用于当感应到光信号时，产生导通电流；以及，当未感应到光信号
时截止。
57.在本实施例中，发光元件d1可以为发光二极管，光电传感器q1可以为光敏三极管，光敏三极管q1的基极b和集电极c均与第二供电元件360电连接，发射极e与第一电阻r1电连接。
58.可选的，请继续参考图4。隔离装置30还包括第三电阻r3；开关器件320包括控制端0、第一触点1和第二触点2，光电传感器q1、第一电阻r1和控制端0依次电连接；第二电阻r2的一端电连接于光电传感器q1和第一电阻r1之间，另一端接地；第二触点2接地；第一触点1串联第三电阻r3接第三供电元件370，并在第一触点1和第三电阻r3之间形成信号输出端340；其中，第三电阻r3的阻值满足第二预设条件，以使当开关器件320处于饱和状态时，信号输出端340产生低电平。
59.在本实施例中，第三供电元件370和第二供电元件360可以为同一个供电元件，也可以为不同的供电元件。
60.可选的，开关器件为三极管或mos管。
61.在本实施例中，请参考图5，当开关器件320为三极管q2时，控制端0为基极b，第一触点1为集电极c，第二触点2为发射极e。请参考图6，当开关器件为mos管时，控制端0为栅极g，第一触点1为漏极d，第二触点2为源极s。
62.可选的，第一预设条件为：r1《(v2-v
be
)/(i
1-v2/r2)。
63.其中，r1为第一电阻r1的阻值，r2为第二电阻r2的阻值，v2为第二供电元件360的电压，v
be
为开关器件320导通时控制端0和第一触点1之间的电压，i1为光电传感器q1导通时的最大电流。
64.在本实施例中，在设置r1的阻值时，为了保证隔离模块的开关速度，需保证隔离模块310处于放大状态，即光电传感器q1的端子3的电压小于第二供电元件360的电压。
65.考虑隔离模块310处于放大状态时的临界值，即光电传感器q1的端子3的电压等于第二供电元件360的电压时，对应的r1的阻值即为r1的阻值上限。假设第二供电元件360的电压为v2，输入信号为低电平时，光电传感器q1的电流为i1，r1的阻值上限即为：(v2-v
be
)/(i
1-v2/r2)。
66.其中v
be
为开关器件320的导通电压，约为0.7v。当开关器件320导通时，其控制端0和第二触点2的电压值被钳位在0.7v。
67.例如，假设v2为5v，v
be
为0.7v，当隔离装置未受到干扰时，其光电传感器流过的电流i1为6ma，r2为2kω，则r1的阻值上限为[5v-0.7v]/(6ma-5v/2kω)＝0.93kω。
[0068]
可选的，为了保证即使在隔离模块受到干扰时，开关装置320仍然工作在饱和状态，且信号输出端340能够正确输出信号，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3还需满足下述第二预设条件。
[0069]
第二预设条件为：
[0070]
r3》v3/(ib×
a)；其中，ib＝(i2*r2-v
be
)/(r1+r2)；
[0071]
其中，r3为第三电阻的阻值，v3为第三供电元件370的电压，ib为开关器件的控制端的电流，a为开关器件的放大倍数；i2为光电传感器导通时的最小电流，r1为第一电阻，r2为第二电阻。
[0072]
在本实施例中，假设第一电阻r1的阻值为51ω，第二电阻r2的阻值为2kω，第三供
电模块的电压v3＝5v，开关器件320的放大倍数为180。当隔离模块受到干扰时，光电传感器的端子3产生的导通电流为i2＝1ma，v
be
为0.7v。
[0073]
近似计算ib＝1ma-0.7v/2kω＝0.65ma。
[0074]
则r3》v3/(ib×
a)＝5v/(0.65ma
×
180)＝42ω。
[0075]
需要说明的是，由于第一电阻r1的阻值较小，其上的电压也较小，因此上述例子中的ib＝1ma-0.7v/2kω＝0.65ma只是近似计算。当第一电阻r1的阻值较大时，需按照公式ib＝(i2*r2-v
be
)/(r1+r2)进行精确计算。
[0076]
可选的，当隔离模块的端子3和开关器件320的控制端之间的走线过长时，容易在电路上寄生电容形成环路。此时，若存在高频磁场，会在其上产生感应电流，使得三极管误导通，为避免此类现象发生，可以在图4所示的电路的基础上增加rc电路形成低通滤波器，以进行滤波。
[0077]
因此，在图4的基础上，请参考图7，隔离装置30还包括第四电阻r4和电容c，光电传感器q1、第四电阻r4和第一电阻r1依次电连接；电容c的一端电连接于光电传感器q1和第一电阻r1之间，另一端接地。
[0078]
在本实施例中，为了保证隔离模块的开关速度，电容c不宜过大，例如电容c的值可以为22pf。
[0079]
可选的，在图7的基础上，请参考图8，隔离装置30还包括第五电阻r5，发光元件d1的阴极串联第五电阻r5接信号输入端330。
[0080]
相对于现有技术，本实施例提供的pfc装置，通过增加控制模块，能够通过检测pfc装置是否发生短路，并在pfc装置短路时，控制开关装置断开，以及在pfc装置未发生短路时，控制开关装置的通断，以保证pfc装置输出的电压的波形接近方波。
[0081]
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
[0082]
首先，本实施例提供的隔离装置，通过调整第一电阻和第二电阻的阻值，提高隔离模块的抗干扰能力，使得隔离模块在受到干扰，导致高通电流减小时，使得光耦始终处于放大状态，且使得三极管处于饱和状态，从而实现信号传输。
[0083]
然后，增加rc电路形成低通滤波器，使得当隔离模块后端布线过长时，减小干扰，保证信号正常传输。
[0084]
本实施例还提供了一种电子设备，包括如上述的隔离装置。电子设备可以是电能表等设备。
[0085]
综上所述，本实用新型实施例提供的一种隔离装置及电子设备，隔离装置包括隔离模块、第一电阻、第二电阻和开关器件，隔离模块、第一电阻和开关器件依次电连接；第二电阻的一端电连接于隔离模块和第一电阻之间，另一端接地。其中，第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，且开关器件处于饱和状态。当输入信号为低电平时，隔离模块产生导通电流，从而使得开关器件产生低电平，当输入信号为高电平时，隔离模块截止，使得开关器件产生高电平，从而实现信号传输。由于第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，因此，即使隔离模块受到干扰，使得导通电流减小，开关器件也仍然处于饱和状态，并输出低电平，从而提高了隔离模块的抗干扰能力。
[0086]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种隔离装置，其特征在于，包括隔离模块、第一电阻、第二电阻和开关器件，所述隔离模块、所述第一电阻和所述开关器件依次电连接；所述第二电阻的一端电连接于所述隔离模块和所述第一电阻之间，另一端接地；所述隔离装置还包括用于接收输入信号的信号输入端和用于产生输出信号的信号输出端，所述信号输入端和所述隔离模块电连接，所述开关器件和所述信号输出端电连接；所述隔离模块，用于当所述输入信号为低电平时，产生导通电流，以使所述开关器件产生低电平；以及当所述输入信号为高电平时截止，以使所述开关器件产生高电平并通过所述信号输出端输出；其中，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当所述输入信号为低电平时，所述隔离模块处于放大状态，且所述开关器件处于饱和状态。2.根据权利要求1所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离模块还包括发光元件和光电传感器，所述发光元件的阳极与第一供电元件电连接，阴极与所述信号输入端电连接；所述光电传感器的一端与第二供电元件电连接，另一端与所述第一电阻电连接；所述发光元件，用于当所述输入信号为低电平时导通，并产生光信号，以及，当所述输入信号为高电平时截止；所述光电传感器，用于当感应到所述光信号时，产生导通电流；以及，当未感应到所述光信号时截止。3.根据权利要求2所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括第三电阻；所述开关器件包括控制端、第一触点和第二触点，所述光电传感器、所述第一电阻和所述控制端依次电连接；所述第二电阻的一端电连接于所述光电传感器和所述第一电阻之间，另一端接地；所述第二触点接地；所述第一触点串联所述第三电阻接第三供电元件，并在所述第一触点和所述第三电阻之间形成所述信号输出端；其中，所述第三电阻的阻值满足第二预设条件，以使当所述开关器件处于饱和状态时，所述信号输出端产生低电平。4.根据权利要求3所述的隔离装置，其特征在于，所述第一预设条件为：r1<(v2-v
be
)/(i
1-v2/r2)；其中，r1为所述第一电阻的阻值，r2为所述第二电阻的阻值，v2为所述第二供电元件的电压，v
be
为所述开关器件导通时控制端和第二触点之间的电压，i1为所述光电传感器导通时的最大电流。5.根据权利要求3所述的隔离装置，其特征在于，所述第二预设条件为：r3>v3/(i
b
×
a)；其中，i
b
＝(i2×
r2-v
be
)/(r1+r2)；其中，r3为所述第三电阻的阻值，v3为所述第三供电元件的电压，i
b
为所述开关器件的控制端的电流，a为所述开关器件的放大倍数；i2为所述光电传感器导通时的最小电流，r1为所述第一电阻，r2为所述第二电阻。6.根据权利要求3所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括第四电阻和电容，所述光电传感器、所述第四电阻和所述第一电阻依次电连接；所述电容的一端电连接于所述光电传感器和所述第一电阻之间，另一端接地。7.根据权利要求2所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括第五电阻，所述发光元件的阴极串联所述第五电阻接所述信号输入端。8.根据权利要求1所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离模块为光耦或容隔。
9.根据权利要求7所述的隔离装置，其特征在于，所述开关器件为三极管或mos管。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中任一项所述的隔离装置。

技术总结

本实用新型实施例提供了一种隔离装置及电子设备，设计电源技术领域。隔离装置包括隔离模块、第一电阻、第二电阻和开关器件，隔离模块、第一电阻和开关器件依次电连接；第二电阻的一端电连接于隔离模块和第一电阻之间，另一端接地。其中，第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，且开关器件处于饱和状态。由于第一电阻的阻值和第二电阻的阻值满足第一预设条件，以使当输入信号为低电平时，隔离模块处于放大状态，因此，即使隔离模块受到干扰，使得导通电流减小，开关器件也仍然处于饱和状态，并输出低电平，从而提高了隔离模块的抗干扰能力。模块的抗干扰能力。模块的抗干扰能力。