本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及可供電總線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于可供電總線的主機(jī)電路裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)場總線越來越多的出現(xiàn)在自動(dòng)化和傳感器的應(yīng)用中，用于數(shù)據(jù)通信，比如發(fā)送控制信號?？晒╇娍偩€作為一種能將供電線路和總線通過共同的線路實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，從而能夠簡化現(xiàn)場施工，降低產(chǎn)品成本，和增加系統(tǒng)可靠性。通過在供電電纜上調(diào)制控制信號，可以替代傳統(tǒng)分離的控制電纜和供電電纜。可供電總線在消防監(jiān)控、智能樓宇、儀器儀表領(lǐng)域、傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面有諸多應(yīng)用。

目前可供電總線系統(tǒng)通常采用兩線制總線，多采用主從式的通信模式。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種主從式可供電總線通信系統(tǒng)的示意圖。常見的可供電總線RS485和M-Bus均采用的是主從式模式。

通常，在可供電總線中，在主機(jī)側(cè)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)加載于向從機(jī)傳輸?shù)碾娦盘栔?，然后在可供電總線上進(jìn)行傳輸，這可以通過主機(jī)側(cè)的通信芯片來完成。在從機(jī)側(cè)，一邊將可供電總線連接到負(fù)載，用于給負(fù)載供電，另一邊經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號從可供電上取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號，并傳送到從機(jī)側(cè)的用戶設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

M-Bus總線的工作狀態(tài)分為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)和空閑工作方式兩種。數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)又分為主機(jī)至從機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和從機(jī)至主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)工作時(shí)應(yīng)向總線提供電源。主機(jī)至從機(jī)的信息通過“主機(jī)改變總線電壓、從機(jī)檢測該變化”的方式傳送。從機(jī)至主機(jī)的信息通過“從機(jī)改變消耗總線的電流、主機(jī)檢測該變化”的方式傳送。總線空閑時(shí)，主、從機(jī)保持傳號狀態(tài)。在中國專利公開CN 202615602U一般地提及了M-BUS總線的傳輸原理。通過引用將該專利公開并入于此。

但是，現(xiàn)有可供電總線技術(shù)在主機(jī)側(cè)基本上都是小于比如2A的小功率應(yīng)用，沒法實(shí)現(xiàn)更大的功率需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本實(shí)用新型實(shí)施方式的目的之一在于提出一種能夠擴(kuò)大可供電總線在主機(jī)側(cè)的功率應(yīng)用范圍的方案。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式，提供了一種應(yīng)用于供電總線的主機(jī)電路裝置，包括P-MOSFET控制電路、信號讀取電路和總線信號控制電路。P-MOSFET控制電路可以用于利用P-MOSFET晶體管來實(shí)現(xiàn)電源向供電總線的功率的接通和斷開的控制，包括所述P-MOSFET晶體管和所述P-MOSFET晶體管的驅(qū)動(dòng)電路。信號讀取電路可以用于讀取所述供電總線上從機(jī)回傳的電流信號和/或電壓信號，并利用線性穩(wěn)壓電路對讀取的所述電流信號和/或電壓信號進(jìn)行恒壓處理，包括所述線性穩(wěn)壓電路和用于所述線性穩(wěn)壓電路的外圍電路?？偩€信號控制電路可以用于利用PNP型大功率三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號在供電總線上的傳輸，包括所述PNP型大功率三極管和用于所述PNP型大功率三極管的外圍電路。

在一個(gè)實(shí)施例中，P-MOSFET晶體管的驅(qū)動(dòng)電路可以被構(gòu)造為通過較低電壓的信號來驅(qū)動(dòng)較高電壓的所述P-MOSFET晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，P-MOSFET晶體管的驅(qū)動(dòng)電路可以進(jìn)一步包括：阻尼電路，用于使得驅(qū)動(dòng)所述P-MOSFET晶體管的驅(qū)動(dòng)信號平穩(wěn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，用于所述線性穩(wěn)壓電路的外圍電路可以包括：用于與所述線性穩(wěn)壓電路結(jié)合而組成的恒壓電路，所述恒壓電路用于對從機(jī)回傳的電流信號和/或電壓信號進(jìn)行恒壓處理。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述恒壓電路可以連接至所述總線信號控制電路的用于所述PNP型大功率三極管的外圍電路，用于為要加載到供電總線上的數(shù)據(jù)信號提供穩(wěn)定的電壓源。

在一個(gè)實(shí)施例中，用于所述線性穩(wěn)壓電路的外圍電路可以包括：信號轉(zhuǎn)換電路，用于對從機(jī)回傳的電流信號和/或電壓信號進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，以便轉(zhuǎn)換至主機(jī)通信芯片能夠處理的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，P-MOSFET晶體管可以為IRF9540、IRF4905、IRF9540×2、IRF4905×2型的晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，線性穩(wěn)壓電路可以為LM317穩(wěn)壓塊。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，PNP型大功率三極管可以為MJD127三極管或TIP127三極管。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，PNP型大功率三極管可以為PNP達(dá)林頓三極管。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式，通過P-MOSFET晶體管和大功率三極管的使用，能夠擴(kuò)大低壓可供電總線的功率應(yīng)用范圍的方案。例如，通過選擇支持高達(dá)20A電流的P-MOSET晶體管，本實(shí)用新型能夠在主機(jī)側(cè)提供可超過20A的總線驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

前面的概述僅僅是示例性的，而不意在以任何方式進(jìn)行限制。通過參考附圖以及下面的詳細(xì)說明，除了上文所描述的示例性的方案、實(shí)施例和特征之外，另外的方案、實(shí)施例和特征將變得清晰可見。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說明和隨附的權(quán)利要求，本公開的前述特征以及其它特征將變得更加清晰，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種主從式可供電總線通信系統(tǒng)的示意圖；以及

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式的應(yīng)用于可供電總線的主機(jī)電路裝置。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本公開內(nèi)容的若干實(shí)施例，在附圖中示出了其示例。應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅出于說明的目的而描述本公開內(nèi)容的實(shí)施例。附圖不應(yīng)視為對本實(shí)用新型范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易從下面的描述中認(rèn)識到此處說明的結(jié)構(gòu)和方法的備選實(shí)施例可以在不脫離本文描述的實(shí)施例的原理的情況下而被使用。

在可供電總線中，當(dāng)前，在主機(jī)側(cè)常利用主機(jī)通信芯片將待發(fā)送的數(shù)據(jù)信號調(diào)整并加載到可供電總線上，并且從可供電總線上獲取從機(jī)的反饋信號，并且用于控制信號的發(fā)送和接收時(shí)序。

本文中所使用的術(shù)語“大功率三極管”是本領(lǐng)域普遍使用的術(shù)語，一般是指耗散功率大于1w的三極管。

參考圖2，其示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的應(yīng)用于可供電總線的主機(jī)電路裝置和主機(jī)通信芯片4。如圖2所示，該主機(jī)電路裝置包括第一部分的P型金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)控制電路1、第二部分的信號讀取電路2和第三部分的總線信號控制電路3。

P-MOSFET控制電路1可用于實(shí)現(xiàn)大功率P-MOSFET快速的關(guān)斷和打開，從而可以減少熱損耗。傳統(tǒng)總線控制往往采用電阻分壓的結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)MOSFET快速的關(guān)斷和打開。利用P-MOSFET控制電路，本電路可以提供簡單、低成本、高效的控制方案。

信號讀取電路2可用于實(shí)現(xiàn)讀取供電總線上從機(jī)回傳的電流電壓信號。信號讀取電路2包括線性穩(wěn)壓電路IC1和其外圍電路組成，可以實(shí)現(xiàn)恒定電壓、限流、電壓信號轉(zhuǎn)換、和/或電流信號轉(zhuǎn)換。另外，如此實(shí)現(xiàn)，成本低廉且結(jié)構(gòu)簡潔。

總線信號控制電路3可用于實(shí)現(xiàn)在供電總線上驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號的傳輸。傳統(tǒng)技術(shù)往往采用電阻NPN三極管等方式處理，由于做直接驅(qū)動(dòng)，因此驅(qū)動(dòng)功率小。傳統(tǒng)技術(shù)當(dāng)面對大功率驅(qū)動(dòng)的時(shí)候往往無法有效的驅(qū)動(dòng)信號，簡單的增大驅(qū)動(dòng)能力只會(huì)造成傳輸信號畸變，使從機(jī)無法識別。在圖2中，采用PNP型大功率三極管，并配合信號讀取電路2的恒壓信號做跟隨驅(qū)動(dòng)，并引入了負(fù)反饋，這樣的驅(qū)動(dòng)的信號將更平穩(wěn)，在大功率應(yīng)用的情況下給發(fā)送信號提供了穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)功率。

如圖2所示，P-MOSFET控制電路1跨接在直流電源DC_IN的輸出端和主機(jī)通信芯片4的總線控制引腳CONH之間，包括P-MOSFET晶體管Q1和其驅(qū)動(dòng)級電路。P-MOSFET晶體管Q1的源極連接到直流電源DC_IN的輸出端，P-MOSFET晶體管Q1的柵極連接至P-MOSFET控制電路1的輔助電路，通過P-MOSFET晶體管Q1的漏極向總線供電。在附圖中，供電總線表示為由線路L1和線路L2構(gòu)成的二線制總線。如圖2所示，該驅(qū)動(dòng)級電路由電阻R1、R2、R3和R4，三極管T1、T2和T3，以及電容C1構(gòu)成，該驅(qū)動(dòng)級電路電路的三個(gè)端子分別連接至P-MOSFET晶體管Q1的源極、柵極、以及主機(jī)通信芯片4的總線控制引腳CONH。R4、R2、T1組成信號轉(zhuǎn)換電路，將低壓信號轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動(dòng)P-MOSFET的高壓信號，T2、T3組成了功率放大器，用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)MOSFET所需要的高功率，R1、R3、C1組成阻尼器，以使得驅(qū)動(dòng)信號更平穩(wěn)。

應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式利用P-MOSFET晶體管來作為供電總線在承載功率和數(shù)據(jù)信號之間的切換開關(guān)，所描述的前述驅(qū)動(dòng)級電路示例而非限制性的，本領(lǐng)域技人員根據(jù)需求可以構(gòu)建其他可行的針對P-MOSFET晶體管的驅(qū)動(dòng)級電路。還應(yīng)當(dāng)理解，雖然附圖中僅圖示了使用一個(gè)P-MOSFET晶體管，但是發(fā)明人已經(jīng)設(shè)想到了可以使用兩個(gè)或更多個(gè)P-MOSFET晶體管的組合布置來控制來自直流電源DC_IN的功率的傳輸。

如圖2所示，信號讀取電路2跨接在直流電源DC_IN經(jīng)過P-MOSFET晶體管Q1的輸出端、即Q1的漏極和主機(jī)通信芯片4的總線控制引腳CONM、總線信號電壓檢測引腳ANV和總線信號電流檢測引腳ANA之間，由線性穩(wěn)壓電路IC1和其外圍電路組成。信號讀取電路2用來從可供電總線上讀取一個(gè)或多個(gè)從機(jī)發(fā)送的信號，能夠?qū)ψx取的信號進(jìn)行恒壓限流處理。

如圖2所示，線性穩(wěn)壓器電路IC1與R6、R7、T4組成了恒壓電路，為對從機(jī)回傳的電流信號和/或電壓信號提供穩(wěn)定的電壓源，進(jìn)行恒壓處理，并提供功率限制。電阻R8、R9、R10、R11、R12，三極管T5，電容C2、C3組成了信號轉(zhuǎn)換電路，將電流電壓信號轉(zhuǎn)換為主機(jī)通信芯片4這樣的數(shù)字電路可識別的范圍，供主機(jī)通信芯片4的處理?？蛇x的D1、D2為保護(hù)電路，防止高壓信號傳入。

作為示例，線性穩(wěn)壓電路IC1可以采用市售的LM317穩(wěn)壓塊。LM317穩(wěn)壓塊的電壓輸入引腳IN連接至LM317的工作電壓供給Vm，電壓輸出引腳OUT連接至經(jīng)前述信號轉(zhuǎn)換電路(以及可能的前述保護(hù)電路)連接至晶體管Q1的漏極處的供電總線，電壓調(diào)節(jié)引腳ADJ經(jīng)過三極管T4而連接至主機(jī)通信芯片4的總線控制引腳CONM。線性穩(wěn)壓電路IC1還可以可選地采用任何其他適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器件。

如圖2所示，前述信號轉(zhuǎn)換電路跨接在連接至晶體管Q1的漏極處的供電總線和主機(jī)通信芯片4的總線信號電壓檢測引腳ANV和總線信號電流檢測引腳ANA之間，用于對來自總線的電壓信號和電流信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而應(yīng)當(dāng)理解，取決于應(yīng)用場合并且/或者主機(jī)通信芯片4的處理能力，前述信號轉(zhuǎn)換電路可以進(jìn)一步簡化，比如，僅包括轉(zhuǎn)換電壓信號的電路部分，或者僅包括轉(zhuǎn)換電流信號的電路部分。

如圖2所示，總線信號控制電路3可用來實(shí)現(xiàn)在供電總線上驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號的傳輸，包括大功率三極管Q2和其外圍驅(qū)動(dòng)電路?？偩€信號控制電路3跨接在主機(jī)通信芯片4的總線控制引腳CONL和由線路L1和線路L2表示的供電總線之間。該外圍驅(qū)動(dòng)電路包括電阻R13、R14、R15、R16、R17，三極管T6和T7。通過大功率三極管Q2來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)總線的功率將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。線性穩(wěn)壓器電路IC1與R6、R7、T4組成的恒壓電路可以連接至總線信號控制電路3的該外圍電路，為要加載到供電總線的數(shù)據(jù)信號提供穩(wěn)定的電壓源。Q2、R16、R17、T7共同組成了電流限制的總線驅(qū)動(dòng)電路，R13、R14、R15、T6組成了驅(qū)動(dòng)信號處理電路，并與信號讀取電路2中的IC1所提供的恒壓源共同限制了功率管Q2在總線上驅(qū)動(dòng)的范圍。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然附圖中僅圖示了使用一個(gè)大功率三極管Q2，但是發(fā)明人已經(jīng)設(shè)想到了可以使用兩個(gè)或更多個(gè)大功率三極管的組合布置來控制來自實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)總線的功率將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。

還應(yīng)當(dāng)理解，所示出的大功率三極管Q2的前述外圍驅(qū)動(dòng)電路僅是示意性的，而非限制性的，本領(lǐng)域技人員根據(jù)需求可以構(gòu)建其他可行的針對大功率三極管Q2的外圍驅(qū)動(dòng)電路。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的前述應(yīng)用于可供電總線的主機(jī)電路裝置工作時(shí)，P-MOSFET控制電路1和總線信號控制電路3共同作用，驅(qū)動(dòng)總線產(chǎn)生一個(gè)電壓信號，提供從機(jī)部分通訊。例如，若驅(qū)動(dòng)一個(gè)低電平電壓，則P-MOSFET控制電路1將快速關(guān)斷P-MOSFET，然后，總線信號控制電路3驅(qū)動(dòng)三極管Q2產(chǎn)生一個(gè)低電平信號，然后，P-MOSFET控制電路1再導(dǎo)通P-MOSFET繼續(xù)為總線供電。

信號讀取電路2所包括的線性穩(wěn)壓電路IC1產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，當(dāng)從機(jī)有電流信號變化的時(shí)候，通過電阻R8將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，R9、T5、R11、C2將此信號放大，并做電平變換，提供給主機(jī)通信芯片4做電流讀取處理。R10、C3、R12可以將電壓信號直接轉(zhuǎn)換為主機(jī)通信芯片4可處理的低壓信號，提供給其處理。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式，P-MOSFET晶體管Q1可以選用IRF9540、IRF4905等晶體管，采用IRF9540×2、IRF4905×2等布置形式。這些晶體管的持續(xù)電流可以為2A、10A、甚至20A等，從而能夠在主機(jī)側(cè)提供可超過多達(dá)20A的總線驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式，大功率三極管Q2可以選用MJD127、TIP127等三極管，三極管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7可以選用MMBTA05、MMBTA55等型號的三極管。進(jìn)一步地，大功率三極管Q2可以采用PNP達(dá)林頓三極管。

在一個(gè)實(shí)施方式中，如圖2所示，可以在供電總線L1和L2之間布置瞬態(tài)抑制二極管TVS，以對供電總線意外產(chǎn)生的浪涌進(jìn)行抑制，保護(hù)主機(jī)側(cè)電路裝置所包括的器件。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在直流電源DC_IN的輸出端和P-MOSFET晶體管Q1之間連接保險(xiǎn)絲，以防止主機(jī)電路裝置的短路和減少上電沖擊。保險(xiǎn)絲可以采用可恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPCT或者電阻等。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在直流電源DC_IN的輸出端和P-MOSFET晶體管Q1之間連接電容，以防止總線電壓跌落。

應(yīng)當(dāng)理解，如前所，在本公開的結(jié)合附圖所描述的前述實(shí)施方式中的P-MOSFET控制電路1、信號讀取電路2和總線信號控制電路3的布置和實(shí)現(xiàn)方式僅是示意性的，可以使用其他可行的布置和實(shí)現(xiàn)方式。還應(yīng)當(dāng)理解，只要可行，前述的在單獨(dú)的實(shí)施方式中描述的特征可以組合使用，或者其中獨(dú)立的部分可以單獨(dú)地使用，以形成不同的實(shí)施方式。

因此，雖然已經(jīng)說明和描述了本公開內(nèi)容的特定實(shí)施例和應(yīng)用，但是應(yīng)該理解，本公開內(nèi)容不限于本文所公開內(nèi)容的精確結(jié)構(gòu)和組件，以及對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的各種修改、改變和變化可以在本文公開的所公開的裝置的布置、操作和細(xì)節(jié)方面做出，而不會(huì)背離本公開的精神和范圍。