[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有共模電流抑制能力的能量與信息時(shí)分復(fù)合傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410447125.9
• 申請(qǐng)日: 2014-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104283587A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建德;王睿馳;杜進(jìn);張士元;何湘寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B3/54
• 分類(lèi)號(hào): H04B3/54;H02M1/44
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有共模電流抑制能力的能量與信息時(shí)分復(fù)合傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在工業(yè)控制、智能樓宇、智能家居、設(shè)備監(jiān)控、分布式能源管理系統(tǒng)等領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)大量分散的檢測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)需要通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行互連。總線拓?fù)渑c星型拓?fù)洳季€相比較，能大大縮短連線的總長(zhǎng)度并具有很好的擴(kuò)展性。傳統(tǒng)的總線技術(shù)如RS485、CAN等，每個(gè)通信模塊的接口需要兩對(duì)線：一對(duì)電源線和一對(duì)數(shù)據(jù)線。

為了減少連線，可以對(duì)電源線和數(shù)據(jù)線進(jìn)行復(fù)用。常用的功率/數(shù)據(jù)復(fù)合傳輸可以采用如下幾種方式：低壓電力線載波通信、采用IEC61158-2標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的總線供電方法、M-bus、1-wire?bus等。然而，電力線載波通信電路復(fù)雜，不利于模塊小型化設(shè)計(jì)；IEC61158-2總線供電方法、M-bus、1-wire?bus等方法存在輸出功率較小、負(fù)載不能大幅度變化等缺點(diǎn)。

公開(kāi)號(hào)為CN101594171的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種電源線斬波通訊收發(fā)電路，該收發(fā)電路包括主機(jī)和從機(jī)兩個(gè)部分。主機(jī)將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)送到電源線上，并用兩種不同寬度的低電平來(lái)表示數(shù)字信號(hào)的0和1，使電源線成為一條電源通信線，從機(jī)從電源通信線上接收主機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)；從機(jī)在主機(jī)發(fā)送高電平時(shí)，疊加返回代表0和1信號(hào)的低電平，從而完成電源總線上的通信過(guò)程。該電路可以大幅提高輸出功率，同時(shí)具有收發(fā)電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。但是其沒(méi)有考慮輸出總線對(duì)外部的共模干擾問(wèn)題，在較高電壓以及遠(yuǎn)距離工作情況下，可能對(duì)周?chē)h(huán)境造成較大的共模干擾問(wèn)題，影響其他設(shè)備的正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有共模電流抑制能力的能量與信息時(shí)分復(fù)合傳輸系統(tǒng)，能夠有效抑制系統(tǒng)對(duì)外的共模干擾問(wèn)題，可適用于大功率場(chǎng)合。

一種具有共模電流抑制能力的能量與信息時(shí)分復(fù)合傳輸系統(tǒng)，包括一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)；所述的主機(jī)單點(diǎn)接地且主機(jī)與各從機(jī)通過(guò)一對(duì)總線連接，主機(jī)與從機(jī)之間以及從機(jī)與從機(jī)之間通過(guò)所述的總線實(shí)現(xiàn)雙向通信；系統(tǒng)的每一工作周期包含有非重合的供電時(shí)隙和通信時(shí)隙，所述的供電時(shí)隙內(nèi)主機(jī)向各從機(jī)傳輸能量，所述的通信時(shí)隙內(nèi)主機(jī)與從機(jī)之間或從機(jī)與從機(jī)之間進(jìn)行雙向通信。

所述的主機(jī)采用對(duì)稱(chēng)的橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而使得任何時(shí)刻總線的共模電壓均為一恒定值，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生共模干擾。

優(yōu)選地作為一種實(shí)現(xiàn)形式，所述的主機(jī)包括控制單元、共模扼流圈、直流源E、兩個(gè)PMOS管Q1和Q3、兩個(gè)NMOS管Q2和Q4、兩個(gè)阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1～Z2以及兩個(gè)共模抑制電容C1～C2；其中，所述的共模扼流圈由兩個(gè)線圈L1～L2耦合而成，直流源E的正極與PMOS管Q1和Q3的源極相連，PMOS管Q1的漏極與阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1的一端和線圈L1的同名端相連，PMOS管Q3的漏極與阻抗網(wǎng)絡(luò)Z2的一端相連，阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1的另一端與NMOS管Q2的漏極相連，阻抗網(wǎng)絡(luò)Z2的另一端與NMOS管Q4的漏極和線圈L2的同名端相連，直流源E的負(fù)極與NMOS管Q2和Q4的源極以及兩個(gè)共模抑制電容C1～C2的一端相連并接地，線圈L1的異名端與共模抑制電容C2的另一端相連并接對(duì)應(yīng)的總線，線圈L2的異名端與共模抑制電容C1的另一端相連并接對(duì)應(yīng)的總線，PMOS管Q1和Q3以及NMOS管Q2和Q4的柵極均接收控制單元提供的開(kāi)關(guān)信號(hào)。

優(yōu)選地作為另一種實(shí)現(xiàn)形式，所述的主機(jī)包括控制單元、共模扼流圈、直流源E、四個(gè)NMOS管Q1～Q4、兩個(gè)阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1～Z2、兩個(gè)二極管D1～D2以及兩個(gè)共模抑制電容C1～C2；其中，所述的共模扼流圈由兩個(gè)線圈L1～L2耦合而成，直流源E的正極與NMOS管Q1和Q3的漏極相連，NMOS管Q1的源極與NMOS管Q2的漏極、阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1的一端和二極管D1的陽(yáng)極相連，NMOS管Q3的源極與NMOS管Q4的漏極、阻抗網(wǎng)絡(luò)Z2的一端和二極管D2的陰極相連，阻抗網(wǎng)絡(luò)Z1的另一端與二極管D1的陰極和線圈L1的同名端相連，阻抗網(wǎng)絡(luò)Z2的另一端與二極管D2的陽(yáng)極和線圈L2的同名端相連，直流源E的負(fù)極與NMOS管Q2和Q4的源極以及兩個(gè)共模抑制電容C1～C2的一端相連并接地，線圈L1的異名端與共模抑制電容C2的另一端相連并接對(duì)應(yīng)的總線，線圈L2的異名端與共模抑制電容C1的另一端相連并接對(duì)應(yīng)的總線，四個(gè)NMOS管Q1～Q4的柵極均接收控制單元提供的開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在主機(jī)與總線連接處增加共模扼流圈，可進(jìn)一步減小共模電流，從而使得系統(tǒng)可以應(yīng)用于大功率場(chǎng)合而不至于對(duì)外產(chǎn)生嚴(yán)重的共模干擾問(wèn)題。