本发明属于控制电路技术领域，具体涉及一种大功率MBUS主控器电路。
背景技术：
MBUS是一种专门为热量表远程数据传输设计的总线协议，它是测量仪表数据传输数字化的一种重要技术，已经广泛应用于无源接点比如水、电、气、热能表等数据的采集场合，目前现有的MBUS主机，主机总线远程供电带载量低，驱动负载能力差，现场产品适应性差，使得现场维护与安装非常困难等缺陷，同时现有的MBUS主机电路，带多个负载时主机接收部分的采样电阻发热发烫，长时间的发热发烫状态很容易造成电阻烧坏，降低电阻的使用寿命，降低通信性能及产品稳定性。
技术实现要素：
本发明提供的大功率MBUS主控器电路通过采用低阻值的采样电阻和高精密滤波差分放大电路抑制共模信号的干扰和提高接收信号的稳定性，增加节点带载的个数，所采用的滤波放大电路经多级滤波放大，有效提高信号赋值以增强信号鲁棒性，从而进一步增加总线从节点带载数量。
为解决上述技术问题，达到上述技术效果， 所采用的技术方案为，
一种大功率MBUS主控器电路, 所述主机发送电路包括直流电源、接收主机发送信号的发送控制电路，所述主机接收电路包括与发送控制电路连接的采样电阻、接收采样电阻输出的信号的前级滤波差分放大电路以及信号输出电路，所述直流电源包括高电压轨电源和滤波电路，所述滤波电路包括电容C11、功率磁珠FB1和功率磁珠FB2、电容C2和旁路电容C3，所属高电压轨电源通过电容C11输出至并联的功率磁珠FB1和功率磁珠FB2，所述功率磁珠FB1和功率磁珠FB2的另一端连接并联的电容C2和旁路电容C3输出电压，所述电容C11、电容C2和功率旁路电容C3的另一端接地；所述前级滤波差分放大电路包括前级滤波电路和差分放大电路，所述前级滤波电路包括接收采样电阻输出的高电平信号的第一滤波电路和接收采样电阻输出的低电平信号的第二滤波电路以及连接第一滤波电路和第二滤波电路的电容C14，所述第一滤波电路包括电阻R12、电容C12、电阻R9，所述电阻R12接收高电平信号并通过并联连接的电容C12和电阻R9输出；所述第二滤波电路包括电阻R21、电容C16和电阻R23，所述电阻R21接收低电平信号并通过并联的电容C16和电阻R23输出；所述差分放大电路包括电阻R11、电阻R10、电阻R20、电阻R42、电容C17和运算放大器，所述电阻R11接收第一滤波电路输出信号并输出至电阻R10和运算放大器的第三引脚端,所述电阻R20接收第二滤波电路输出的信号并输出至运算放大器的第四引脚端，所述电阻R42和电容C17并联后两端分别接运算放大器的第一引脚端和第四引脚端。
进一步地，所述采样电阻包括并联依次连接的电阻R37、电阻R38、电阻R29、和电阻R17。
进一步地，，所述发送控制电路包括电阻R18、电阻R22、三极管Q2、电阻R8、电阻R6、场效应管Q1、电阻R28、电阻R32、三极管Q3、电阻R14、二极管D3、电阻R29、电阻R7、三极管Q4以及二极管D5,所述电阻R18接收主机信号通过电阻R22输出至三极管Q2的基极,三极管Q2的发射极和电阻R22另一端接地,三极管Q2的集电极通过电阻R8至输出至场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的漏极接收电源VCC33，所述电阻R6连接在场效应管Q1的栅极和漏极的两端，所述场效应管Q1的原极通过采样电阻输出至自恢复保险丝F1；所述电阻R28接收主机信号并通过电阻R32输出至三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射极和电阻R32另一端接地，所述三极管Q3的集电极经电阻R14分别与电阻R7和二极管D3的阳极相连，电阻R7另一端接电源VCC33,所述二极管D3的阴极分别输出至三极管Q4的基极和电阻R29,电阻R29的另一端分别连接至三极管Q4的发射极和二极管D5的阳极，三极管Q4的集电极分别与二极管D5的阴极和采样电阻的MBUSV-端连接输出至自恢复保险丝F1。
进一步地，所述主机发送电路还包括接收直流电源输出的电压并与发送控制电路连接的电源控制电路，所述电源控制电路包括集成控制芯片，所述集成电路芯片的第九引脚端连接直流电源，所述集成电路芯片的第一引脚端通过功率电感L1输出至发送控制电路上的二极管D5的阳极并通过二极管D5的阴极输出端经自恢复保险丝F1输出至MBUS总线上，所述集成电路芯片通过电压输出电路为MBUS总线提供低电平信号，所述电压输出电路包括连接在二极管D5和功率电感L1之间节点的的电阻R53、与电阻R53串联的电阻R54、以及电容C35，所述电阻R53和电阻R54输出至集成电路芯片的第六引脚端，所述第六引脚端（FB）通过电容C35接地，所述电阻R54的另一端接地。
进一步地，所述主机发送电路还包括对电源控制电路进行调节的电压调制电路，所述电压调制电路包括电阻R57、三极管Q8、电阻R56，所述三极管Q8的集电极通过电阻R56输出至集成电路芯片的第六引脚端，所述三极管Q8的发射极接地，所述三极管Q8的基极与电阻R57连接，所述电阻R57的另一端接收能使三极管Q8导通的压差调制信号。
进一步地，所述主机发送电路还包括与采样电阻连接的收发控制电路，所述收发控制电路包括场效应管Q5、电阻R15、电阻R19、场效应管Q6、电阻R41、电阻R43,所述电阻R41接收主机信号MCU_Con并输出至电阻R43和场效应管Q6的栅极，所述电阻R43的另一端接地，所述场效应管Q6的漏极通过电阻R19分别连接场效应管Q5的栅极和电阻R15，所述场效应管Q6的源极接地，所述场效应管Q5的漏极和源极分别连接采样电阻的MBUSV+端和MBUSV-端，所述电阻R15的另一端连接场效应管Q5的漏极。
进一步地，所述主机MBUS接收电路还包括滤波放大电路，所述滤波放大电路包括通过电容C5串联的第一滤波放大器（U2A）和第二滤波放大器，所述第一滤波放大器的同向输入端通过串联的电阻R36、电容C13和电阻R35接收前级滤波差分放大电路输出的信号，第一滤波放大器的反向输入端通过并联的电阻R25和电容C7连接在第一滤波放大器的输出端与电容C5之间的节点上，第一滤波放大器的反向输入端通过电阻R46接地；所述第二滤波放大器的同向输入端通过电阻R16、电阻R24、电容C18接收第一滤波放大器输出至电容C5的输出信号，所述第二滤波放大器的输出端通过并联的电阻R27和电容C6反馈信号至第二滤波放大器的反向输入端，所述第二滤波放大器的反向输入端通过电阻R31接地，所述第二滤波放大器的输出端接收第二滤波放大器的同向输入端和反向输入端的信号并输出信号控制电路。
进一步地，所述主机接收电路还包括与前级滤波差分放大电路输出端连接的电流检测电路，所述电流检测电路包括比较器和检测电路，所述比较器的反向输入端通过电阻R4接收前级滤波差分放大电路的放大信号，所述检测电路包括电阻R1、电阻R2、稳定管D1和旁路电容C1，所述电阻R1和R2接收电源VCC33并通过稳定管D1和旁路电容C1输送至所述比较器的同向输入端，所述比较器的输出端经电阻R3输出信号至主机端。
进一步地，所述信号输出电路包括电压比较器和比较电路，所述电压比较器的反向输入端通过电阻R40和电容C15接收前级滤波差分放大电路的输出信号，所述比较电路包括电阻R26和电阻R30以及电容C8,所述电阻R26接收电源VCC30A提供电压并通过电阻R30和电容C8输送至电压比较器的同向输入端，所述电容C8另一端接地，所述电压比较器的输出端向主机接收端输出信号。
进一步地，所述信号输出电路还包括信号欠压电路，所述信号欠压电路包括串联的电阻R45和电阻R47、二极管D2、二极管D4以及电容C19,所述电阻R45和电阻47接收电源VCC30A提供的电压并连接在二极管D4的阴极，所述二级管D4的阴极通过电容C19接地，所述二极管D4的阳极连接在电容C15与电压比较器的反向输入端之间的节点上，所述二极管D2的阴极接电压比较器的反向输入端，二极管D2的阳极接地。
本发明的有益效果为，直流电源所采用的功率磁珠、电容使其进行滤波及储能，为系统提供一个良好的鲁棒性；所述电源控制电路输出为MBUS总线提供电平信号，并提供4A负载驱动电流，有效提高总线远程供电驱动能力；电压调制电路通过信号控制具有两档电压输出，满足总线两种压差调制，有效的提高电路的适应性，使总线驱动负载能力达到4A电流以上；发送控制电路在总线MBUS输出电平为高时抑制总线放电，在总线MBUS输出电平为低时把总线存储的高电平放掉，开关导通零阻抗输出，提高通信有效性；所述收发控制电路通过接收主机信号，在负载过量时能够有效降低采样电阻发热率；差分放大电路使用低阻值的采样电阻和高精密差分放大器，抑制共模信号的干扰，以提高接收信号的稳定性，从而增加节点带载个数；滤波放大电路使信号经多级滤波放大后，提高信号赋值，增强信号鲁棒性，从而进一步增加总线上节点带载数量；信号输出电路上设置的电压比较器将接收的信号和基准电平相比较，从而使输出主机接收信号；所述电源检测电路通过比较器对前级滤波放大信号输出的电流进行过载和短路的判断，降低检测成本，方式简单，电路简洁。
附图说明
图1为本发明的整体电路流向图；
图2为本发明主机发送电路的电路示意图；
图3为本发明主机接收电路的电路示意图；
图中：1、直流电源；2、发送控制电路；3、收发控制电路；4、电源控制电路；5、电压调制电路；6、采样电阻；7、前级滤波差分放大电路；8、电流检测电路；9、滤波放大电路；10、信号输出电路。
具体实施方式
以下结合整体附图与具体实施例对本发明提供的大功率MBUS主控器电路作进一步的详细描述。
如图1所示，所述大功率MBUS主控器电路包括主机发送电路和主机接收电路，所述主机发送电路包括直流电源1、接收主机发送信号的发送控制电路2、收发控制电路3以及电源控制电路4和对电源控制电路进行调节的电压调制电路5，所述主机接收电路包括采样电阻6、与采样电阻连接的前级滤波差分放大电路7、信号输出电路10、滤波放大电路9以及电流检测电路8。
如图2所示，所述直流电源1包括高电压轨电源和滤波电路，所述滤波电路包括电容C11、功率磁珠FB1和功率磁珠FB2、电容C2和旁路电容C3，所述高电压轨电源通过电容C11输出至并联的功率磁珠FB1和功率磁珠FB2，所述功率磁珠FB1和功率磁珠FB2的另一端连接并联的电容C2和旁路电容C3输出电压，所述电容C11、电容C2和功率旁路电容C3的另一端接地，从而通过所采用的功率磁珠、电容使其进行滤波及储能作用，为电路系统提供一个良好的鲁棒性。
如图2所示，，电源控制电路4为低电压轨电源输出控制电路，包括输入电路、分压电路、频率电路、稳定电路、启动电路、驱动电路以及电压输出电路，所述输入电路为通过高电压轨电源输出端电压33V经电容C30、分压电阻R50、电阻R52、旁路电容C29、电容C27连接集成电路芯片U4的第九引脚端VIN，作为电源控制电路的输入端；所述分压电路为分压电阻R50、电阻R52的另一端分压至集成电路芯片U4第八引脚端EN，作为集成电路芯片U4启动的使能脚；所述频率电路为集成电路芯片U4的第四引脚端FSW经电阻R51接参考地片U4的工作频率，通过对电阻R51的阻值调整设置集成电路芯片U4工作频率，电阻R51另一端接参考地；所述稳定电路为集成电路芯成U4的第三引脚端COMP端通过电容C34与电容R55连接，电阻R55的另一端接参考地,作为提高集成电路芯片U4工作的稳态；所述启动电路为集成电路芯片U4的第七引脚端SS端经电容C26接参考地,作为集成电路芯片U4软启动时间，通过设置电容C26的容量大小控制软启动时间；所述驱动电路为集成电路芯片U4的第二引脚端BST经电容C28连接至U4的第一引脚端LX，作为集成电路芯片U4的开关驱动；所述电源控制电路的输出通过集成电路芯片U4的第一引脚端LX端作为输出端通过功率电感L1，分别与电容C33、电阻R53输出至二极管D5的阳极，电容C33的另一端分别接参考地,二极管 D5的阴极输出经自恢复保险丝F1输出至MBUS总线上；所述电压输出电路为电阻R53另一端连接电阻R54和旁路电容C53并输出至集成电路芯片U4的第六引脚端FB，电阻R54和电容C35另一端分别接地，通过集成电路芯片U4的第一引脚端LX的电压输出为MBUS总线提供低电平信号，并提供4A负载驱动电流，有效提高总线远程供电驱动能力。所述电压调制电路5接收MCU_VM压差调制信号，经电阻R57至三极管Q8的基极，三极管Q8发射极接参考地,三极管Q8的集电极经电阻R56与集成电路芯片U4的第六引脚端FB连接，当MCU_VM压差调制信号信号输出高电平时，三极管Q8导通，电阻R56通过三极管Q8导通接地，集成电路芯片U4输出电压为0.8*（1+R53/(R54//R56)）；当MCU_VM信号输出低电平时，三极管Q8截止，电阻R56对地断路，集成电路芯片U4输出电压为0.8*(1+R53/R54)，集成电路芯片U4电压输出为总线MBUS低电平,通过MCU_VM压差调制信号控制两档电压输出，满足总线两种压差调制,为总线驱动负载能力达到4A电流以上。
如图2所示，所述发送控制电路2包括电阻R18、电阻R22、三极管Q2、电阻R8、电阻R6、电阻R7、场效应管Q1、电阻R28、电阻R32、三极管Q3、电阻R14、二极管D3、电阻R29、三极管Q4以及二极管D5,所述电阻R18接收主机信号通过电阻R22输出至三极管Q2的基极,Q2的发射极和电阻R22另一端接地,三极管Q2的集电极通过电阻R8至输出至场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的漏极接收电源VCC33，所述电阻R6连接在场效应管Q1的栅极和漏极的两端，所述场效应管Q1的原极连接采样电阻并自恢复保险丝F1输出信号；所述电阻R28接收主机信号并通过电阻R32输出至三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极和电阻R32另一端接地，所述三极管Q3的集电极经电阻R14分别与电阻R7和二极管D3的阳极相连，电阻R7另一端接电源VCC33,所述二极管D3的阴极分别输出至三极管Q4的基极和电阻R29,电阻R29的另一端分别连接至三极管Q4的发射极和二极管D5的阳极，三极管Q4的集电极分别与二极管D5的阴极和采样电阻连接并自恢复保险丝F1输出信号。所述发送控制电路在总线MBUS输出电平为高时抑制总线放电，在总线MBUS输出电平为低时把总线存储的高电平放掉，开关导通零阻抗输出，提高通信有效性。
如图2所示，所述收发控制电路3包括场效应管Q5、电阻R15、电阻R19、场效应管Q6、电阻R41、电阻R43,所述电阻R41接收主机信号MCU_Con并输出至电阻R43和场效应管Q6的栅极，所述电阻R43的另一端接地，所述场效应管Q6的漏极通过电阻R19分别连接场效应管Q5的栅极和电阻R15，所述场效应管Q6的源极接地，所述场效应管Q5的漏极和源极分别连接采样电阻的MBUSV+端和MBUSV-端，所述电阻R15的另一端连接场效应管Q5的漏极，所述电阻R19能够接收从机信号TXDN。所述收发控制电路通过接收主机信号，所述收发控制电路与采样电阻连接，在电路出现大功率负载时，总平信号不经采样电阻直接通过收发控制电路发送至MBUS总线，从而降低因负载过大导致采样电阻发热发烫现象，提高采样电阻的使用寿命。
如图3所示，所述采样电阻6包括并联连接的电阻R37、电阻R38、电阻R29、和电阻R17。所述前级滤波差分放大电路7包括前级滤波电路和差分放大电路，其中所述前级滤波电路包括接收采样电阻的高电平信号的第一滤波电路和接收采样电阻的低电平信号的第二滤波电路以及连接第一滤波电路和第二滤波电路的电容C14；所述第一滤波电路包括电阻R12、电容C12、电阻R9，所述电阻R12接收高电平信号并通过并联连接的电容C12和电阻R9输出，所述电阻R9和电容C12的另一端接地；所述第二滤波电路包括电阻R21、电容C16和电阻R23，所述电阻R21接收低电平信号并通过并联的电容C16和电阻R23输出，所述电容C16和电阻R23输出另一端接地；所述差分放大电路包括电阻R11、电阻R10、电阻R20、电阻R42、电容C17和运算放大器，所述电阻R11接收第一滤波电路输出信号并输出至电阻R10和运算放大器的第三引脚端VIN+，所述电阻R10的另一端接地,所述电阻R20接收第二滤波电路输出的信号并输出至运算放大器的第四引脚端VIN-，所述电阻R42和电容C17并联后两端分别接运算放大器的第一引脚端OUT和第四引脚端VIN-，所述运算放大器第三引脚端VIN+和第四引脚端VIN-向第一引脚端OUT输出，通过电阻R11与电阻R20和电阻R10与电阻R42之间的作用实现信号的差分放大，提供电压从第一引脚端OUT向本实施例中的滤波放大电路输出差分放大信号；所述运算放大器的第二引脚端GND接地，第五引脚端VCC接收VCC30A电源提供的电压。此电路使用低阻值的采样电阻和高精密滤波差分放大电路，有效抑制共模信号的干扰，提高接收信号的稳定性，增加从节点带载数量。
如图3所示，所述滤波放大电路9包括通过电容C5串联的第一滤波放大器U2A和第二滤波放大器U2B，所述C5电容一端连接第一滤波放大器U2A的输出端，另一端连接第二滤波放大器U2B的同向输入端，所述第一滤波放大器U2A接收前级滤波差分放大电路输出的信号并通过第二滤波放大器U2B放大后向信号输出电路输出信号；所述第一滤波放大器U2A的同向输入端通过串联的电阻R36、电容C13和电阻R35接收所述差分放大电路输出的信号，所述第一滤波放大器U2A的反向输入端通过并联的电阻R25和电容C7连接在第一滤波放大器U2A输出端与电容C5之间的节点上，第一滤波放大器U2A的反向输入端通过电阻R46接地，所述第一滤波放大器U2A的输出端接收同向输入端与反向输入端的信号经过电容C5向第二滤波放大器U2B输出；所述第二滤波放大器U2B的同向输入端通过电阻R16、电阻R24、电容C18接收电容C5的输出信号，所述电阻R24和电容C18的另一端接地，所述第二滤波放大器U2B的输出端通过并联的电阻R27和电容C6反馈信号至第二滤波放大器U2B的反向输入端，所述第二滤波放大器U2B的反向输入端通过电阻R31接地，所述第二滤波放大器U2B的输出端接收同向输入端与反向输入端的信号输出至信号输出电路的电阻R40和电容C15。此电路经多级滤波放大，有效提高信号赋值，增强信号鲁棒性，进一步增加总线从节点带载数量。
如图3所示，所述信号输出电路10包括电压比较器U1B、比较电路以及信号欠压电路，所述电压比较器U1B的反向输入端通过电阻R40和电容C15接收第二滤波放大器U2B输出端输出的信号，所述电容C15通过电阻R44接地，所述比较电路包括电阻R26和电阻R30以及电容C8,所述电阻R26接收电源VCC30A提供的电压分别输出至电阻R30和电压比较器U1B的同向输入端，电压比较器U1B的同向输入端通过电容C8接地，所述电阻R30的另一端接地，所述电压比较器U1B的输出端向主机接收端输出信号；所述信号欠压电路能够为信号提供偏置电压，包括串联的电阻R45和电阻R47、二极管D2、二极管D4以及电容C19,所述电阻R45和电阻47接收电源VCC30A提供的电压并连接在二极管D4的阴极，所述二级管D4的阴极通过电容C19接地，所述二极管D4的阳极连接在电容C15与电压比较器的反向输入端之间的节点上，所述二极管D2的阴极接电压比较器的反向输入端，二极管D2的阳极接地。
如图3所示，所述电流检测电路8与前级滤波差分放大电路输出端连接，所述电流检测电路包括比较器U1A和检测电路，所述比较器U1A的反向输入端通过电阻R4接收前级滤波差分放大电路的放大信号，所述检测电路包括电阻R1、电阻R2、稳定管D1和旁路电容C1，所述电阻R1和R2接收电源VCC33并通过稳定管D1和旁路电容C1输送至所述比较器的同向输入端，所述比较器的输出端经电阻R3输出信号至主机端。所述电源检测电路通过比较器U1A和检测电路对前级滤波放大信号输出的放大信号进行过载和短路的判断，降低检测成本。
本发明的工作原理：采用直流电源为电源控制电路和发送控制电路提供大电流3A以上的驱动负载的能力，同时通过电压调制电路调节电源控制电路的信号输出，控制其两档电压输出，以满足总线两种压差调制，所采用的低阻值采样电阻接收发送控制电路输出的信号后输出至前级滤波差分放大电路，其中发送控制电路上连接的收发控制电路通过接收主机信号降低采样电阻发热，经前级滤波差分放大电路将信号进行滤波与放大，经放大的信号输出至滤波放大电路使信号再经多级滤波放大，从而提高信号赋值，增强信号鲁棒性，进一步增加总线上节点带载数量，其中电源检测电路通过比较器和比较电路对前级滤波放大信号输出的电流进行过载和短路的判断，降低检测成本，经过滤波放大电路的多级滤波放大信号输出至信号输出电路，经过信号输出电路上设置的电压比较器将接收的信号与基准电平相比较，最后向主机发送放大信号。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。