[實(shí)用新型]隔離型總線供電通信系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820165893.5
• 申請日: 2008-10-14
• 公開（公告）號: CN201266434Y
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建德;楊波;李武華;何湘寧
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G08C19/00
• 分類號: G08C19/00;H04B3/54
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種隔離型總線供電通信系統(tǒng)，尤其是通過變壓器隔離傳輸?shù)膯慰偩€傳輸電源與數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，屬于現(xiàn)場總線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在工業(yè)控制、智能樓宇、設(shè)備監(jiān)控等領(lǐng)域，存在大量將現(xiàn)場分散的檢測點(diǎn)和控制點(diǎn)通過總線進(jìn)行連接的需求。目前常用的總線技術(shù)有RS485、CAN、ProfiBus等。與集中式的星型連線相比，總線方式可大大減少連線的總長度和布線的復(fù)雜度。每個(gè)總線模塊的接口需要一對電源線和一對信號線。

為了進(jìn)一步減少連線以及從設(shè)備本征安全特性考慮，目前也有多種只需通過一對線同時(shí)傳輸信號和電源的技術(shù)，如ProfiBus-PA所采用的IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)等。這種技術(shù)采用曼徹斯特編碼將基帶數(shù)據(jù)信號疊加到電源線上，再進(jìn)行傳輸。

ProfiBus-PA在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，ProfiBus-PA與RS485、CAN一樣，都存在一個(gè)缺點(diǎn)：總線與通信控制器沒有隔離，當(dāng)多個(gè)被控量之間電位不等時(shí)，必須附加隔離電路將通信控制器的通信數(shù)據(jù)線與總線隔離。此外還要通過DC/DC隔離電路將控制器電源與總線相隔離，因而需要大量的外圍電路。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，在一對電源/通信總線上能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電源供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母綦x型總線供電通信系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的隔離型總線供電通信系統(tǒng)，其特征是包括接在電源/通信總線上的電源模塊和N個(gè)通信模塊，N至少為2個(gè)，其中：

電源模塊包括功率開關(guān)電路和開關(guān)控制電路，功率開關(guān)電路的輸入端與電源相連，輸出端接電源/通信總線，開關(guān)控制電路與功率開關(guān)電路相連；

通信模塊包括隔離變壓器、整流穩(wěn)壓電路、數(shù)據(jù)發(fā)送電路、數(shù)據(jù)接收電路和通信控制電路，隔離變壓器的原邊繞組與電源/通信總線相連，隔離變壓器的副邊繞組分別與整流穩(wěn)壓電路的輸入端、數(shù)據(jù)接收電路的輸入端以及數(shù)據(jù)發(fā)送電路的輸出端相連，數(shù)據(jù)發(fā)送電路的輸入端與通信控制電路的數(shù)據(jù)發(fā)送端相連，數(shù)據(jù)接收電路的輸出端與通信控制電路的數(shù)據(jù)接收端相連，整流穩(wěn)壓電路的輸出端向數(shù)據(jù)發(fā)送電路、數(shù)據(jù)接收電路和通信控制電路提供電源；通信模塊在電源/通信總線上的每個(gè)數(shù)據(jù)位的傳輸都包含4個(gè)階段：正電源階段、負(fù)電源階段、磁復(fù)位階段和數(shù)據(jù)通信階段。

本系統(tǒng)的一個(gè)位信號的傳輸過程包含4個(gè)階段：正電源階段、負(fù)電源階段、磁復(fù)位階段和數(shù)據(jù)通信階段。在正電源階段，電源模塊輸出正電壓；在負(fù)電源階段，電源/通信總線上為負(fù)電壓，這個(gè)負(fù)電壓可以由電源模塊輸出，也可以由通信模塊的隔離變壓器的原邊激磁電流自動產(chǎn)生。在磁復(fù)位階段，電源模塊關(guān)斷輸出，通信模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送電路也不輸出電壓，以保證隔離變壓器的激磁電流在這個(gè)階段恢復(fù)為零。在數(shù)據(jù)通信階段，電源模塊關(guān)斷輸出，當(dāng)通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)“0”時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送電路輸出電壓，經(jīng)隔離變壓器耦合，在電源/通信總線上產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖，表示“邏輯0”。在數(shù)據(jù)通信階段，數(shù)據(jù)接收電路檢測輸入電壓，當(dāng)其值大于固定閾值Vref，判斷總線為“邏輯0”，否則為“邏輯1”。

本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)位傳輸?shù)幕A(chǔ)上，通過定義相應(yīng)的幀格式，就可實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)間的相互通信。

本實(shí)用新型的總線供電通信系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，在一對傳輸總線上同時(shí)實(shí)現(xiàn)電源供應(yīng)和數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)墓δ埽⑼ㄟ^單一變壓器實(shí)現(xiàn)信號隔離，大大簡化了電路的復(fù)雜度并降低了成本。在構(gòu)成多節(jié)點(diǎn)總線通信方式時(shí)，支持主從通信和對等通信。

附圖說明

圖1是隔離型總線供電通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖；

圖2是通信模塊的構(gòu)成框圖；

圖3是一種具體的電源模塊的電路實(shí)例；

圖4是一種具體的通信模塊的電路實(shí)例；

圖5是總線上傳輸一位數(shù)據(jù)的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方法

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型

參照圖1，圖2，本實(shí)用新型的隔離型總線供電通信系統(tǒng)，包括接在電源/通信總線上的電源模塊1和N個(gè)通信模塊2，N至少為2個(gè)，其中：

電源模塊1包括功率開關(guān)電路3和開關(guān)控制電路4，功率開關(guān)電路3的輸入端與電源相連，輸出端接電源/通信總線，開關(guān)控制電路4與功率開關(guān)電路3相連；