CN102185805A - 一种m-bus总线驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种M-BUS总线驱动电路。所述电路的信号发送电路包括光耦、第一、第二MOSFET管。其中，第一MOSFET管栅极连接于第一光耦集电极，漏极连接总线电源正极，源极连接第一光耦发射极，同时该端作为信号发送电路正输出端；第二MOSFET管栅极连接于第二光耦发射极，漏极连接总线电源负极，源极连接第二光耦集电极，同时该端作为信号发送电路负输出端。本发明采用MOSFET管构建信号发送电路和供电电路，为M-BUS总线上的节点设备提供电源，由于MOSFET内阻小，带负载能力强，使M-BUS总线上可以挂载的终端设备大大增加；同时所述电路使输出信号幅值增加，有效避免干扰信号影响，提高通讯可靠性。

Description

一种M-BUS总线驱动电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域,具体是指一种M-BUS总线驱动电路。

背景技术

M-BUS（Meter-BUS，EN1434-3）是消费类仪表国际通行标准，其拓扑结构为总线结构，采用普通的两芯电缆连接，两芯电缆同时完成电源供给和数据通信的功能，其广泛应用于三表集抄、智能家庭控制网络、消防报警及联动网络、小区智能化控制网络、中央空调控制系统等领域。

M-BUS总线驱动电路结构主要包括七部分，分别为：电源模块、发送模块、接收模块、M-BUS接口、过载检测电路、中继电路、主机通讯接口。如图1，为现有的M-BUS总线驱动电路图，其存在以下不足：

（1）带负载能力弱。传统的M-BUS总线电源模块是采用DC/DC转化器将18V的电压转换到总线驱动需要的电压30V。18V电源可带负载电流大约为1.5A，当总线电流Ibus=150mA时，能够确保放大器输入电压有一个稳定的工作点。各个结点终端在数据通讯时，所有的结点设备全部从睡眠状态转换到工作状态，终端结点设备的功耗成倍增加（普遍从5uA增加到300uA左右），而完成所有终端结点的通讯总时间比较长，通讯过程中，总线驱动发热比较严重，总线压降增大，超过一定负荷时，通讯不能正常进行。大量实践使用证明，现有的M-BUS总线驱动电路可带终端结点设备（睡眠模式5uA、被唤醒时300uA）只能带约150台终端结点设备，超过180台-200台就容易出现通讯失败现象。

（2）由于通讯下行脉冲的幅度相对比较小(10V-12V)，外界的干扰信号叠加在总线上时，容易造成数据出错，必须要靠降低波特率来保证其通讯的可靠性。

如图1所示：传统的M-BUS发送电路中主设备到从设备方向的信息发送是通过总线电压调制传输的，输出信号辐值为12V ，由电阻R204和R205 以及Vcc 电压设定。信号发送电路包括来自M-BUS 的电源端电源放大器IC201，其配置为与地共模模式以确保参考电压Vcc 与总线电平及总线的低阻抗相匹配，以能够精确地设定输出引脚（3、6） 相对于地的电势为12V。

电源放大器IC201输出端，使用基本负载R208、R213 和C206 来设定特定数据传输率的工作点。这样外部电容对脉冲上升时间和下降时间的影响就能够保持在限制范围内。图1中电路的其他部分为从设备向主设备传输数据时提供总线电流及总线电流检测，这些功能电路的实现也仅当总线电压保持恒定时才是可能的。

（3）由于各个结点终端靠电流环的转换进行数据上行传送，外界干扰信号叠加在电流环上容易导致信号出错，适当增大终端结点设备电流环的电流对提高其抗干扰能力有良好帮助，而增大终端设备电流环的电流会导致其功耗增大，终端设备功耗的增大必然导致M-BUS所带终端设备数量减少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可带负载能力强通讯可靠的新型M-BUS总线驱动电路。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案实现：一种M-BUS总线驱动电路，包括信号发送电路，所述信号发送电路包括光耦、第一MOSFET管及第二MOSFET管。其中，第一MOSFET管栅极连接于第一光耦集电极，漏极连接总线电源正极，源极连接第一光耦发射极，同时该端作为信号发送电路正输出端；第二MOSFET管栅极连接于第二光耦发射极，漏极连接总线电源负极，源极连接第二光耦集电极，同时该端作为信号发送电路负输出端；所述第一光耦、第二光耦输入端二极管正极均连接3.3V驱动电源，待发送信号TXD端接入第一光耦输入端二极管负极，控制信号BUSKG端接入第二光耦输入端二极管负极。所述第一光耦集电极通过第一偏置电阻连接驱动电源+VA，第二光耦发射极通过第二偏置电阻连接驱动电源-VB。

优选的，所述M-BUS总线驱动电路还包括过流检测电路，检测信号由信号发送电路+B2端输入比较器同相输入端，比较器反相输入端输入设定电压；当电流过载时，比较器输出低电平，与其连接的光耦导通则LOAD端电平被拉低，MCU检测LOAD端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管截止，切断M-BUS总线电源输出。

更优选的，M-BUS总线驱动电路进一步包括过压检测电路，总线电源正极电压输入比较器反相输入端，比较器同相输入端接设定电压；当电压过载时，比较器输出端输出低电平则与其连接的光耦导通，拉低LOADV端电平，MCU检测到LOADV端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管截止，切断M-BUS总线电源输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用MOSFET管构建信号发送电路和供电电路，为M-BUS总线上的节点设备提供电源，由于MOSFET带负载能力强，使M-BUS总线上可以挂载的终端设备大大增加；同时所述电路使输出信号幅值增加，有效避免干扰信号影响，提高通讯可靠性，配合MCU软件通讯速率可达现有M-BUS总线通讯速率的两倍以上；设置过流、过压检测电路配合MCU软件实现驱动电路的过流、过压保护，进一步保证通讯的安全性及稳定性。

附图说明

附图1为现有技术中M-BUS总线驱动电路原理示意图；

附图2本发明所述M-BUS总线驱动电路实施例电路原理示意图；

附图3为过流保护电路实施例电路原理示意图；

附图4为过压保护电路实施例电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

本发明所述的M-BUS总线驱动电路的特点主要在于其信号发送电路及电源电路。

如图2所示，该实施例所揭示的M-BUS总线驱动电路的信号发送电路，包括光耦U11、第一MOSFET管Q1及第二MOSFET管Q2，光耦芯片中含两个光耦器件。

其中，第一MOSFET管Q1栅极通过电阻R102连接于第一光耦集电极，漏极依次连接限流电阻R103、自恢复保险丝FU1及滤波电容C100，滤波电容另一端接地，自恢复保险丝FU1另一端作为信号发送电路正输出端。第二MOSFET管Q2栅极通过电阻R107连接于第二光耦发射极，漏极连接总线电源负极，源极连接第二光耦集电极，同时该端作为信号发送电路负输出端；在信号发送电路正输出端BUS+与负输出端BUS-之间连接有起保护作用的防雷管PS1。

第一光耦、第二光耦输入端二极管正极均连接3.3V驱动电源，待发送信号TXD端接入第一光耦输入端二极管负极，控制信号BUSKG端接入第二光耦输入端二极管负极。其中，待发送信号TXD、控制信号BUSKG都是由MCU发出的。由于MOSFET管需要较大的驱动电流，则在第一MOSFET管Q1的栅极通过偏置电阻R101连接驱动电源+VA，第二MOSFET管Q3的栅极通过偏置电阻R106连接驱动电源-VB。

第一MOSFET管Q1源极与第一光耦发射极还连接有保护二极管D100，保护二极管D100正极接地，负极连接第一光耦发射极。

图2所示实施例中，当TXD端和BUSKG端没有信号输出时，即TXD和BUSKG为高电平时光耦U11处于截止状态，则MOSFET管Q1、Q2导通，此时M-BUS总线两端电压为36V；当发送信号时，TXD端为低电平、正常无过载时BUSKG端输出高电平，则光耦U11的第一光耦导通，MOSFET管Q1截止、MOSFET管Q2导通，此时M-BUS两端的电压为17.3V。则M-BUS总线上电压最小值和最大值分别为Umin=17.3V、Umax=36V，满足M-BUS总线的设计要求，且信号幅值比原12V信号幅值大大提高，可在保证信号传输速度的同时有效避免干扰，通讯稳定可靠。

如图3、4，本发明所述总线驱动电路还包括过流检测电路及过压检测电路。过流检测的检测信号由信号发送电路+B2端输入比较器U1A同相输入端，比较器U1A反相输入端输入设定电压；当电流过载时，比较器U1A输出低电平，光耦U1导通则LOAD端电平被拉低，MCU检测LOAD端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管Q2截止，切断M-BUS总线电源输出。

过压检测的信号是将总线电源正极电压BUS+18V输入比较器U2A反相输入端，比较器U2A同相输入端接设定电压；当电压过载时，比较器U2A输出端输出低电平则光耦U2导通，拉低LOADV端电平，MCU检测到LOADV端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管Q2截止，切断M-BUS总线电源输出。

上述实施例为本发明实现的优选方案，并非限定性穷举，在相同构思下本发明还可以有其他变换形式，需要说明的是，在不脱离本发明构思前提下，任何显而易见的替换和微小变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种M-BUS总线驱动电路，包括信号发送电路，其特征在于：所述信号发送电路包括光耦、第一MOSFET管（Q1）及第二MOSFET管（Q2）；

第一MOSFET管（Q1），其栅极连接于第一光耦集电极，漏极连接总线电源正极，源极连接第一光耦发射极，同时该端作为信号发送电路正输出端；

第二MOSFET管（Q2），其栅极连接于第二光耦发射极，漏极连接总线电源负极，源极连接第二光耦集电极，同时该端作为信号发送电路负输出端；

所述第一光耦、第二光耦输入端二极管正极均连接3.3V驱动电源，待发送信号TXD端接入第一光耦输入端二极管负极，MCU控制信号BUSKG端接入第二光耦输入端二极管负极。

2.根据权利要求1所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：所述第一光耦集电极通过第一偏置电阻连接驱动电源+VA，第二光耦发射极通过第二偏置电阻连接驱动电源-VB。

3.根据权利要求2所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：所述信号发送电路正输出端与负输出端之间连接有防雷管（PS1）。

4.根据权利要求3所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：所述第一MOSFET管（Q1）漏极依次连接限流电阻（R103）、自恢复保险丝（FU1）及滤波电容（C100），滤波电容另一端接地，自恢复保险丝（FU1）另一端作为信号发送电路正输出端。

5.根据权利要求4所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：所述第一MOSFET管（Q1）源极与第一光耦发射极还连接有保护二极管（D100），保护二极管（D100）正极接地，负极连接第一光耦发射极。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：

还包括过流检测电路，检测信号由信号发送电路+B2端输入比较器（U1A）同相输入端，比较器（U1A）反相输入端输入设定电压；当电流过载时，比较器（U1A）输出低电平，光耦（U1）导通则LOAD端电平被拉低，MCU检测LOAD端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管（Q2）截止，切断M-BUS总线电源输出。

7.根据权利要求6所述的M-BUS总线驱动电路，其特征在于：还包括过压检测电路，总线电源正极电压输入比较器（U2A）反相输入端，比较器（U2A）同相输入端接设定电压；当电压过载时，比较器（U2A）输出端输出低电平则光耦（U2）导通，拉低LOADV端电平，MCU检测到LOADV端的信号变化则将控制信号BUSKG端置低，第二MOSFET管（Q2）截止，切断M-BUS总线电源输出。

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