应用于供电总线的主机电路装置的制作方法

本实用新型的实施方式涉及可供电总线的技术领域，尤其涉及一种应用于可供电总线的主机电路装置。

背景技术：

现场总线越来越多的出现在自动化和传感器的应用中，用于数据通信，比如发送控制信号。可供电总线作为一种能将供电线路和总线通过共同的线路实现的技术，从而能够简化现场施工，降低产品成本，和增加系统可靠性。通过在供电电缆上调制控制信号，可以替代传统分离的控制电缆和供电电缆。可供电总线在消防监控、智能楼宇、仪器仪表领域、传感器网络等方面有诸多应用。

目前可供电总线系统通常采用两线制总线，多采用主从式的通信模式。图1是现有技术中的一种主从式可供电总线通信系统的示意图。常见的可供电总线RS485和M-Bus均采用的是主从式模式。

通常，在可供电总线中，在主机侧，在发送数据时，利用调制技术将用户数据进行调制，把经调制的数据加载于向从机传输的电信号中，然后在可供电总线上进行传输，这可以通过主机侧的通信芯片来完成。在从机侧，一边将可供电总线连接到负载，用于给负载供电，另一边经过滤波器将调制信号从可供电上取出，再经过解调，就可得到原通信信号，并传送到从机侧的用户设备，以实现信息传递。

M-Bus总线的工作状态分为数据传输状态和空闲工作方式两种。数据传输状态又分为主机至从机的数据传输和从机至主机的数据传输。主机工作时应向总线提供电源。主机至从机的信息通过“主机改变总线电压、从机检测该变化”的方式传送。从机至主机的信息通过“从机改变消耗总线的电流、主机检测该变化”的方式传送。总线空闲时，主、从机保持传号状态。在中国专利公开CN 202615602U一般地提及了M-BUS总线的传输原理。通过引用将该专利公开并入于此。

但是，现有可供电总线技术在主机侧基本上都是小于比如2A的小功率应用，没法实现更大的功率需求。

技术实现要素：

因此本实用新型实施方式的目的之一在于提出一种能够扩大可供电总线在主机侧的功率应用范围的方案。

根据本实用新型的实施方式，提供了一种应用于供电总线的主机电路装置，包括P-MOSFET控制电路、信号读取电路和总线信号控制电路。P-MOSFET控制电路可以用于利用P-MOSFET晶体管来实现电源向供电总线的功率的接通和断开的控制，包括所述P-MOSFET晶体管和所述P-MOSFET晶体管的驱动电路。信号读取电路可以用于读取所述供电总线上从机回传的电流信号和/或电压信号，并利用线性稳压电路对读取的所述电流信号和/或电压信号进行恒压处理，包括所述线性稳压电路和用于所述线性稳压电路的外围电路。总线信号控制电路可以用于利用PNP型大功率三极管驱动数据信号在供电总线上的传输，包括所述PNP型大功率三极管和用于所述PNP型大功率三极管的外围电路。

在一个实施例中，P-MOSFET晶体管的驱动电路可以被构造为通过较低电压的信号来驱动较高电压的所述P-MOSFET晶体管。

在一个实施例中，P-MOSFET晶体管的驱动电路可以进一步包括：阻尼电路，用于使得驱动所述P-MOSFET晶体管的驱动信号平稳。

在一个实施例中，用于所述线性稳压电路的外围电路可以包括：用于与所述线性稳压电路结合而组成的恒压电路，所述恒压电路用于对从机回传的电流信号和/或电压信号进行恒压处理。

在一个实施例中，所述恒压电路可以连接至所述总线信号控制电路的用于所述PNP型大功率三极管的外围电路，用于为要加载到供电总线上的数据信号提供稳定的电压源。

在一个实施例中，用于所述线性稳压电路的外围电路可以包括：信号转换电路，用于对从机回传的电流信号和/或电压信号进行信号转换，以便转换至主机通信芯片能够处理的范围。

根据本发明的实施方式，P-MOSFET晶体管可以为IRF9540、IRF4905、IRF9540×2、IRF4905×2型的晶体管。

根据本发明的实施方式，线性稳压电路可以为LM317稳压块。

根据本发明的实施方式，PNP型大功率三极管可以为MJD127三极管或TIP127三极管。

根据本发明的实施方式，PNP型大功率三极管可以为PNP达林顿三极管。

根据本实用新型的实施方式，通过P-MOSFET晶体管和大功率三极管的使用，能够扩大低压可供电总线的功率应用范围的方案。例如，通过选择支持高达20A电流的P-MOSET晶体管，本实用新型能够在主机侧提供可超过20A的总线驱动结构。

前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。通过参考附图以及下面的详细说明，除了上文所描述的示例性的方案、实施例和特征之外，另外的方案、实施例和特征将变得清晰可见。

附图说明

通过下面结合附图给出的详细说明和随附的权利要求，本公开的前述特征以及其它特征将变得更加清晰，在附图中：

图1是现有技术中的一种主从式可供电总线通信系统的示意图；以及

图2示出了根据本实用新型的另一种实施方式的应用于可供电总线的主机电路装置。

具体实施方式

现在将详细参照本公开内容的若干实施例，在附图中示出了其示例。应当注意，附图仅出于说明的目的而描述本公开内容的实施例。附图不应视为对本实用新型范围的限制。本领域技术人员将很容易从下面的描述中认识到此处说明的结构和方法的备选实施例可以在不脱离本文描述的实施例的原理的情况下而被使用。

在可供电总线中，当前，在主机侧常利用主机通信芯片将待发送的数据信号调整并加载到可供电总线上，并且从可供电总线上获取从机的反馈信号，并且用于控制信号的发送和接收时序。

本文中所使用的术语“大功率三极管”是本领域普遍使用的术语，一般是指耗散功率大于1w的三极管。

参考图2，其示出了根据本实用新型的一种实施方式的应用于可供电总线的主机电路装置和主机通信芯片4。如图2所示，该主机电路装置包括第一部分的P型金属-氧化物半导体场效应晶体管(P-MOSFET)控制电路1、第二部分的信号读取电路2和第三部分的总线信号控制电路3。

P-MOSFET控制电路1可用于实现大功率P-MOSFET快速的关断和打开，从而可以减少热损耗。传统总线控制往往采用电阻分压的结构，无法实现MOSFET快速的关断和打开。利用P-MOSFET控制电路，本电路可以提供简单、低成本、高效的控制方案。

信号读取电路2可用于实现读取供电总线上从机回传的电流电压信号。信号读取电路2包括线性稳压电路IC1和其外围电路组成，可以实现恒定电压、限流、电压信号转换、和/或电流信号转换。另外，如此实现，成本低廉且结构简洁。

总线信号控制电路3可用于实现在供电总线上驱动数据信号的传输。传统技术往往采用电阻NPN三极管等方式处理，由于做直接驱动，因此驱动功率小。传统技术当面对大功率驱动的时候往往无法有效的驱动信号，简单的增大驱动能力只会造成传输信号畸变，使从机无法识别。在图2中，采用PNP型大功率三极管，并配合信号读取电路2的恒压信号做跟随驱动，并引入了负反馈，这样的驱动的信号将更平稳，在大功率应用的情况下给发送信号提供了稳定的驱动功率。

如图2所示，P-MOSFET控制电路1跨接在直流电源DC_IN的输出端和主机通信芯片4的总线控制引脚CONH之间，包括P-MOSFET晶体管Q1和其驱动级电路。P-MOSFET晶体管Q1的源极连接到直流电源DC_IN的输出端，P-MOSFET晶体管Q1的栅极连接至P-MOSFET控制电路1的辅助电路，通过P-MOSFET晶体管Q1的漏极向总线供电。在附图中，供电总线表示为由线路L1和线路L2构成的二线制总线。如图2所示，该驱动级电路由电阻R1、R2、R3和R4，三极管T1、T2和T3，以及电容C1构成，该驱动级电路电路的三个端子分别连接至P-MOSFET晶体管Q1的源极、栅极、以及主机通信芯片4的总线控制引脚CONH。R4、R2、T1组成信号转换电路，将低压信号转换为可驱动P-MOSFET的高压信号，T2、T3组成了功率放大器，用来实现驱动MOSFET所需要的高功率，R1、R3、C1组成阻尼器，以使得驱动信号更平稳。

应当理解，本实用新型的一个实施方式利用P-MOSFET晶体管来作为供电总线在承载功率和数据信号之间的切换开关，所描述的前述驱动级电路示例而非限制性的，本领域技人员根据需求可以构建其他可行的针对P-MOSFET晶体管的驱动级电路。还应当理解，虽然附图中仅图示了使用一个P-MOSFET晶体管，但是发明人已经设想到了可以使用两个或更多个P-MOSFET晶体管的组合布置来控制来自直流电源DC_IN的功率的传输。

如图2所示，信号读取电路2跨接在直流电源DC_IN经过P-MOSFET晶体管Q1的输出端、即Q1的漏极和主机通信芯片4的总线控制引脚CONM、总线信号电压检测引脚ANV和总线信号电流检测引脚ANA之间，由线性稳压电路IC1和其外围电路组成。信号读取电路2用来从可供电总线上读取一个或多个从机发送的信号，能够对读取的信号进行恒压限流处理。

如图2所示，线性稳压器电路IC1与R6、R7、T4组成了恒压电路，为对从机回传的电流信号和/或电压信号提供稳定的电压源，进行恒压处理，并提供功率限制。电阻R8、R9、R10、R11、R12，三极管T5，电容C2、C3组成了信号转换电路，将电流电压信号转换为主机通信芯片4这样的数字电路可识别的范围，供主机通信芯片4的处理。可选的D1、D2为保护电路，防止高压信号传入。

作为示例，线性稳压电路IC1可以采用市售的LM317稳压块。LM317稳压块的电压输入引脚IN连接至LM317的工作电压供给Vm，电压输出引脚OUT连接至经前述信号转换电路(以及可能的前述保护电路)连接至晶体管Q1的漏极处的供电总线，电压调节引脚ADJ经过三极管T4而连接至主机通信芯片4的总线控制引脚CONM。线性稳压电路IC1还可以可选地采用任何其他适当的稳压器件。

如图2所示，前述信号转换电路跨接在连接至晶体管Q1的漏极处的供电总线和主机通信芯片4的总线信号电压检测引脚ANV和总线信号电流检测引脚ANA之间，用于对来自总线的电压信号和电流信号进行转换。然而应当理解，取决于应用场合并且/或者主机通信芯片4的处理能力，前述信号转换电路可以进一步简化，比如，仅包括转换电压信号的电路部分，或者仅包括转换电流信号的电路部分。

如图2所示，总线信号控制电路3可用来实现在供电总线上驱动数据信号的传输，包括大功率三极管Q2和其外围驱动电路。总线信号控制电路3跨接在主机通信芯片4的总线控制引脚CONL和由线路L1和线路L2表示的供电总线之间。该外围驱动电路包括电阻R13、R14、R15、R16、R17，三极管T6和T7。通过大功率三极管Q2来实现驱动总线的功率将数据发送到总线上。线性稳压器电路IC1与R6、R7、T4组成的恒压电路可以连接至总线信号控制电路3的该外围电路，为要加载到供电总线的数据信号提供稳定的电压源。Q2、R16、R17、T7共同组成了电流限制的总线驱动电路，R13、R14、R15、T6组成了驱动信号处理电路，并与信号读取电路2中的IC1所提供的恒压源共同限制了功率管Q2在总线上驱动的范围。

应当理解，虽然附图中仅图示了使用一个大功率三极管Q2，但是发明人已经设想到了可以使用两个或更多个大功率三极管的组合布置来控制来自实现驱动总线的功率将数据发送到总线上。

还应当理解，所示出的大功率三极管Q2的前述外围驱动电路仅是示意性的，而非限制性的，本领域技人员根据需求可以构建其他可行的针对大功率三极管Q2的外围驱动电路。

根据本发明实施方式的前述应用于可供电总线的主机电路装置工作时，P-MOSFET控制电路1和总线信号控制电路3共同作用，驱动总线产生一个电压信号，提供从机部分通讯。例如，若驱动一个低电平电压，则P-MOSFET控制电路1将快速关断P-MOSFET，然后，总线信号控制电路3驱动三极管Q2产生一个低电平信号，然后，P-MOSFET控制电路1再导通P-MOSFET继续为总线供电。

信号读取电路2所包括的线性稳压电路IC1产生稳定的电压，当从机有电流信号变化的时候，通过电阻R8将电流信号转换为电压信号，R9、T5、R11、C2将此信号放大，并做电平变换，提供给主机通信芯片4做电流读取处理。R10、C3、R12可以将电压信号直接转换为主机通信芯片4可处理的低压信号，提供给其处理。

根据本实用新型的实施方式，P-MOSFET晶体管Q1可以选用IRF9540、IRF4905等晶体管，采用IRF9540×2、IRF4905×2等布置形式。这些晶体管的持续电流可以为2A、10A、甚至20A等，从而能够在主机侧提供可超过多达20A的总线驱动结构。

根据本实用新型的实施方式，大功率三极管Q2可以选用MJD127、TIP127等三极管，三极管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7可以选用MMBTA05、MMBTA55等型号的三极管。进一步地，大功率三极管Q2可以采用PNP达林顿三极管。

在一个实施方式中，如图2所示，可以在供电总线L1和L2之间布置瞬态抑制二极管TVS，以对供电总线意外产生的浪涌进行抑制，保护主机侧电路装置所包括的器件。

在一个实施方式中，可以在直流电源DC_IN的输出端和P-MOSFET晶体管Q1之间连接保险丝，以防止主机电路装置的短路和减少上电冲击。保险丝可以采用可恢复保险丝PPCT或者电阻等。

在一个实施方式中，可以在直流电源DC_IN的输出端和P-MOSFET晶体管Q1之间连接电容，以防止总线电压跌落。

应当理解，如前所，在本公开的结合附图所描述的前述实施方式中的P-MOSFET控制电路1、信号读取电路2和总线信号控制电路3的布置和实现方式仅是示意性的，可以使用其他可行的布置和实现方式。还应当理解，只要可行，前述的在单独的实施方式中描述的特征可以组合使用，或者其中独立的部分可以单独地使用，以形成不同的实施方式。

因此，虽然已经说明和描述了本公开内容的特定实施例和应用，但是应该理解，本公开内容不限于本文所公开内容的精确结构和组件，以及对于本领域技术人员而言将是显而易见的各种修改、改变和变化可以在本文公开的所公开的装置的布置、操作和细节方面做出，而不会背离本公开的精神和范围。