[發明專利]一種高性能的寄生供電方法及其結構

有效

• 申請號: 201410123946.7
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103904743A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 房慧龍;房淼森
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及寄生供電領域，尤其是一種利用主從設備之間的通訊數據線對從設備進行供電的高性能寄生供電方法及其結構。

背景技術

寄生供電是一種通過主從設備之間的通訊數據線對從設備進行供電的方式，即在一條導線上，進行數據信號傳輸的同時還進行電源的傳輸，它常出現在串行通信中。當系統采用寄生供電時，從設備直接從數據線獲取電源，因此從設備無需額外的本地電源配置，減少了從設備外圍器件，從而降低了系統成本。通常的寄生供電方法供電能力有限，僅僅能提供uA量級的負載電流，如1-WIRE協議中規定為每個通過寄生供電方式工作的從設備提供5uA的電流，而專利號為“201220682365.3”提出的改進方法又存在寄生供電時無法進行數據通訊的缺陷，因此，在實時監控及信號采集等方面，寄生供電未得到廣泛的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種結構簡單，無需額外的本地電源配置就可以同時進行數據信號的采集及供電的高性能寄生供電方法及其結構。

本發明所采用的技術方案為：一種高性能的寄生供電方法，包括以下步驟：

1）在主設備收發器與從設備收發器之間連接通訊數據線；

2）在主設備收發器端連接受控上拉模塊，在從設備收發器端連接寄生供電模塊；

3）受控上拉模塊通過通訊數據線上的信號電平控制自動選擇強上拉或弱上拉電阻，對寄生供電模塊的儲能電容充電進而對從設備進行供電。

具體的說，本發明所述的步驟2）中的受控上拉模塊包括單穩態電路、強上拉開關管以及弱上拉電阻；所述的單穩態電路的輸入端與通訊數據線相連，單穩態電路的輸出端與強上拉開關管的控制極相連，強上拉開關管的另外兩端與弱上拉電阻的兩端并聯，并聯后的一端與主設備的電源相連，另一端連接通信數據線；所述的寄生供電模塊包括整流開關管以及儲能電容；所述的整流開關管的控制極連接通信數據線，整流開關管的另外兩端中的一端接至通訊數據線，另外一端與儲能電容的一端相連并從此端引出寄生電源；儲能電容的另一端接地。

本發明所述的步驟3）中通過通訊數據線對從設備供電的方法為：

當通信數據線為空閑高電平時，單穩態電路輸出低電平，關閉強上拉開關管，受控上拉模塊選擇弱上拉電阻，通過弱上拉電阻和寄生供電模塊中的整流開關管為儲能電容充電，儲能電容產生的寄生電源為從設備提供基本的供電；

當通信數據線上的信號從低電平變化到高電平時，單穩態電路將輸出暫態，在其輸出暫態的期間，強上拉開關管將導通，通訊數據線將與主電源接通并為從設備供電；

當通訊數據線輸出高電平狀態時，將控制寄生供電模塊中的整流開關管導通，為儲能電容迅速充電；儲能電容產生的寄生電源為從設備供電。

為了避免因電路長時間處于強上拉狀態導致主從設備的發送器無法拉低總線電平引起通訊數據錯誤，本發明所述的單穩態電路由通訊數據線上的上升邊沿觸發自動控制電路的強上拉狀態并將強上拉狀態限制在一定時間內，既實現了寄生供電又不影響雙方的通信數據。

為保證通信數據可靠，本發明所述的單穩態電路輸出的暫態時間小于主、從設備之間傳送最短的數據脈沖寬度；所述的脈沖寬度取決于雙方通信的數據比特率。設雙方通信的數據比特率為S，單穩態電路輸出的暫態時間為tp，考慮到雙方通訊波特率存在誤差以及單穩態電路中RC參數存在離散性，tp應滿足以下關系式：

tp=0.8×1S]]>

同時，本發明還提供了一種高性能的寄生供電結構，包括主、從設備收發器以及連接主、從設備收發器的通訊數據線；所述的主設備收發器端設置受控上拉模塊以及主電源；所述的從設備收發器端設置寄生供電模塊；所述的受控上拉模塊通過通訊數據線上的信號電平控制自動選擇強上拉或弱上拉電阻，對寄生供電模塊的儲能電容充電進而對從設備進行供電。本發明所述的單穩態電路為微分型單穩態電路；設Vu為主電源電壓，K為從設備允許的最低供電電壓相對于主電源電壓的系數，RDS1為強上拉開關管的導通電阻，RDS2為整流開關管的導通電阻，I為寄生供電負載電流。則負載電流I滿足以下關系式：