大功率高效率MBUS主控制器的制作方法

本实用新型属于一种通讯模块电路设计，具体涉及一种大功率高效率mbus主控制器。

背景技术：

在消耗测量仪器领域中，由于特定的工作环境，需要所使用的总线具有很强的抗干扰能力的同时，具有安装使用简便、成本低的特点。m-bus作为总线结构，具备上述特点，因此可以应用在消耗测量仪器领域中。

但是，在消耗测量仪器领域中，还需要总线可以连接很多节点设备、能够进行远距离通信。mbus总线分为主控制器模块和从设备模块，由于从设备模块工作在小功率状态现大部分已经集成化，将全部的通信和馈电功能全部集中到一个芯片中，然而在主控制模块方面由于工作电流很大功能较多，不易进行集成，大部分采用分立元件搭建。然而由于传统电路结构不同，主控制模块既要提供较大的电流和电压，又要进行电压电流通信，存在从属设备不能带得很多，供电及信号调制部分效率很低，发热量很大，浪费能源的现象。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供一种大功率高效率mbus主控制器，通过此控制器，达到提高电源带载能力、提高电源效率、提高带的从设备量，降低发热量，降低成本的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

大功率高效率mbus主控制器，其特征在于：包括电源部分和信号部分；

所述的电源部分包括电能输入支路和信号输入支路；

电能输入支路的电能输入端通过电源升压模块与mbus+连接，所述的电源升压模块由36v开关型电源升压模块和24v开关型电源升压模块并联组成；所述的36v开关型电源升压模块的输出端通过mos管后与mbus+连接；所述的24v开关型电源升压模块输出端通过二极管与mbus+连接；

信号输入支路经过发送信号驱动电路后与mos管的触发端连接。

所述的信号部分中，mbus-依次经过保护关断mos管和取样电阻后与电源负极连接；所述的保护关断mos管的触发端依次经过过载保护电路和取样电路后，与外部主电路连接。

所述的电能输入支路的电能输入端输入12v电。

所述的取样电路具体结构为：取样电阻r11的电流输出端分别连接r28、r29，进行两路输出，一路经c13电容滤波后经r12连接u9b的负端，另一路直接连接u9b正端；u9b组成减法器，其放大输出端连接光耦u10的脉冲信号输入端，光耦u10输出端输出3.3v电平的数字脉冲信号。

本实用新型的有益效果为：

1、采用两种电源的方式实现高低电平，在每一种电平下都具有很强的驱动能力。

2、采用开关型升压电路使升压效率很高，电路发热量很低。

3、采用高速mos管进行输出电压信号调制，可以实现较高的通信速率，同时脉冲信号波形良好。

4、采用mos管关断的方式实现总线过载保护，以避免过载造成电路损坏。

附图说明

图1为mbus主控制器模块电路整体方框图

图2为高压低压升压模块电路图

图3为发送信号驱动电路图

图4为接收取样电路及过载保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。

大功率高效率mbus主控制器，包括电源部分和信号部分。

所述的电源部分包括电能输入支路和信号输入支路：

电能输入支路的电能输入端通过电源升压模块与mbus+连接，所述的电源升压模块由36v开关型电源升压模块和24v开关型电源升压模块并联组成；所述的36v开关型电源升压模块的输出端通过mos管后与mbus+连接；所述的24v开关型电源升压模块输出端通过二极管与mbus+连接。信号输入支路经过发送信号驱动电路后与mos管的触发端连接。优选的，电能输入支路的电能输入端输入12v电。

所述的信号部分中，mbus-依次经过保护关断mos管和取样电阻后与电源负极连接；所述的保护关断mos管的触发端依次经过过载保护电路和取样电路后，与外部主电路连接。

本实用新型中所提及的大功率具体指无论在不发送信号的静态，还是在发送信号的时候，都可以通过大功率的电源对外提供电源。可以带载大量的mbus从属设备，尤其是从属设备通过总线馈电时该电路尤其有效。本申请中所说的大功率，范围为：本实用新型的输出功率取决于开关升压模块所选用的具体电路和芯片，相当于用多大的电源就有多大的输出功率，本电路示例所选用的升压芯片具有3a的输出电流，可以说在静态具有36×3＝108w的输出功率，在通信期间低电平时具有24×3＝72w的输出功率。如换成其它更大的升压模块功率将可以更大，上述示例经实际测试带载125个从模块毫无问题。

高效率具体指电源升压模块采用开关型升压模块效率在90％以上发热量小，相较于线性降压方式更具有优势。

具体使用时：

本主控制器输入电源灵活，如图1选用12v供电。两路开关型升压模块将电压升到mbus的高低电平两种电压，输出电流较大带载能力很强。

电源升压电路模块如图2。电路升压模块可以提供3a的输出电流，无论主控制器在何种状态都可以高效的提供电源输出，并且开关型升压模块效率很高，发热量很小。

当发送信号为高电平时，36v电源通过高速mos管打开输出，肖特基二极管截止，24v电源停止输出。mbus+端输出36v(mbus高电平)同时电源负载能力由36v电源提供。当发送信号低电平时，mos管截至，36v电源截止，24v电源通过肖特基二极管输出，电源负载能力由24v电源提供，mbus+端输出24v(mbus低电平)。

发送信号驱动电路如图3。信号接收部分在mbus-端接入阻值很小的取样电阻和保护关断mos管，取样电阻阻值很小不会消耗很大功率，关断mos管饱和压降也很小也不会消耗太大功率，取样电路提取电流的变化的脉动分量进行放大同时滤除直流分量，转换成数字信号提供给接收设备，过载保护电路实时检测取样电阻的电压，一旦发生总线短路或总线过载现象，保护电路就会检测到取样电阻电压异常，立即关断保护管切断mbus并且保持保护状态直到故障排除并且有指示灯指示过载状态。

接收取样电路及过载保护电路如图4。所述的取样电路具体为：通过5.1ω取样电阻r11提取电路电流信号，分r28、r29两路输出，一路经c13电容滤波只保留直流分量经r12连接u9b的负端，另一路直接连接u9b正端，u9b组成减法器，正负端减掉直流分量只保留脉冲变化分量进行高倍数的放大输出脉冲信号，脉冲信号经过光耦u10隔离和整形输出3.3v电平的数字脉冲信号。该取样电路采用减法器的方式工作，使电路无论在多大负载的情况下均可以稳定去除直流分量放大脉冲分量，即便直流分量数倍于脉冲分量时依然可以正常工作。

过载保护电路同样取自取样电阻，当电路过载或者短路取样电压高于r16、r15的分压值时u9a输出低电平，使u8d、u8c组成的rs触发器翻转，使指示灯lm5点亮指示过载，同时关断mos管q5的栅极失去高压切断mbus回路使取样电压降低，但rs触发器一直保持电路过载关断状态，直到按复位开关an1复位rs触发器后电路才可恢复正常状态。该过载保护电路不同于其它在于通过rs触发器保持过载状态，当过载发生时关断电路，不会出现关断后由于失去触发条件自行恢复反复触发的情况，保证电路安全，只有在排除过载和短路的情况下才可以使电路恢复正常工作状态，保证不会出现长时间反复恢复触发损坏电路的情况。