CN103022966A - Rs485总线远程直流供电热插拔保护电路 - Google Patents

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梁毛鹞
杨忠义
董显林
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Abstract

本发明公开了一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，在插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端，插头地线未与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的输入A端有电，电源地检测电路检测不到地信号，电源地检测电路输出无效信号给电子开关电路控制信号C端，电子开关电路关闭，输出端B端无输出；插头地线与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的输入A端有电，电源地检测电路检测到地信号，电源地检测电路输出有效控制信号给电子开关控制信号C端，电子开关打开，由B端输出到接口芯片及控制电路。本发明有效解决了RS485总线远程供电热拔插容易造成电源地开路过程中产生的冲击电压(电流)对设备造成损坏的问题，降低了故障率及设备维护维修的成本。

Description

RS485总线远程直流供电热插拔保护电路
技术领域
本发明涉及热拔插保护电路，具体涉及的是一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路。
背景技术
RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，具有传输距离远，抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于不同领域的数据传输链路。但是RS485总线接口不支持热拔插，由于其电平能承受的电压范围较窄，最大差模±6V(TIA/EIA-485-A.标准)，因此超过此范围可能会造成接口电路及芯片损坏。
目前支持热插拔的接口一般都采用专用连接器以物理结构的方式进行保护，即电源针脚较长，插头插入时电源的正负极或电源的地先接通稳定，然后让信号接通，如USB接口，OBD接口等。
RS485总线直流远程供电电压较高，工业上常用24V，如图1所示，若插头插入过程中24V电源和RS485信号A先接触到，地线没有接触到，从设备端就等效于一个电阻(R1)，在地悬空的条件下，A点的电压就等于电源电压24V，电源电压会通过接口芯片漏电到信号线上，超过接口芯片能承受的共模电压范围-7V到+12V，形成的回路就会导致接口芯片损坏，甚至进一步损坏到控制芯片，而常规的TVS管保护会造成对电源的冲击较大，不能杜绝接口电路及芯片因热插拔造成的损坏。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，以实现RS485总线远程直流供电的热插拔，避免电源地线开路造成接口电路及芯片烧坏的问题，以及降低接口保护电路的成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，包括插头、电源及接口保护电路、电子开关电路、电源地检测电路和接口芯片及控制电路；所述插头与电源及接口保护电路连接，电源及接口保护电路与电子开关电路的输入端A端连接；电子开关电路的输出端B端与接口芯片及控制电路；电子开关电路的控制端C端与电源地检测电路连接，当所述插头与电源及接口保护电路连接，且插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端正极，而插头地线未与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的A端有电，电源地检测电路检测不到地信号，电源地检测电路输出无效信号给电子开关电路控制信号C端，电子开关电路关闭，B端无输出；当所述插头与电源及接口保护电路连接，插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端，且插头地线与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的A端有电，电源地检测电路检测到地信号，电源地检测电路输出有效控制信号给电子开关控制信号C端，电子开关打开，电子开关输出B端上电，输出到接口芯片及控制电路。
其中所述电子开关电路包括P沟道MOS管、二极管D2、电容C1和电阻R1，当插头与电源及接口保护电路连接，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-未接触到负极时，P沟道MOS管Q1的Vgs电压为0V，MOS管截止；当插头与电源及接口保护电路连接，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-也接入到电源负极时，C1通过R1充电，当电压充到MOS管开启的门槛电压Vgs(th)时，MOS管开始导通输出。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，通过电路检测电源地以及电子开关的方式替代原有通过连接器机械式保护的方式，有效解决了RS485总线远程供电热拔插容易造成电源地开路过程中产生的冲击电压(电流)对设备造成损坏的问题，降低了故障率及设备维护维修的成本。
附图说明
图1为现有RS485总线未接地等效电路原理图。
图2为本发明RS485总线远程直流供电热插拔保护电路原理框图。
图3为本发明电子开关电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2所示，图2为本发明RS485总线远程直流供电热插拔保护电路原理框图。本发明提供的是一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，主要用于解决目前RS485总线接口热插拔时，电源电压会通过接口芯片漏电到信号线上，超过接口芯片能承受的共模电压范围-7V到+12V，形成的回路导致接口芯片以及控制芯片损坏的问题。
其中本发明所述的RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，包括有插头、电源及接口保护电路、电子开关电路、电源地检测电路和接口芯片及控制电路。插头与电源及接口保护电路连接，电源及接口保护电路与电子开关电路的输入端A端连接；电子开关电路的输出端B端与接口芯片及控制电路；电子开关电路的控制端C端与电源地检测电路连接，电源地检测电路用于检测接地信号，并与电子开关的控制电路连接。
电源及接口保护电路采用RS485总线常规的保护电路，由整流二极管、TVS管、自恢复保险等组成，可对浪涌，反接等起保护作用，并对热插拔起辅助保护作用。
电子开关电路，如图3所示，包括P沟道MOS管、二极管D2、电容C1和电阻R1等，其中P沟道MOS管Q1和二极管D2主要用于完成电子开关及地检测。所述二极管D1为极性保护，当插头插入主机，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-未接触到负极时(地)，P沟道MOS管Q1的Vgs电压0V，MOS管截止，Vout+端不会输出电压通过芯片与信号线形成回路，D2此时主要功能是防止插头未插好(地未接触)时MOS管通过设备信号端形成回路，造成异常导通；当插头插入主机，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-也接入到电源负极(地)时，首先C1通过R1充电，当电压充到MOS管开启的门槛电压Vgs(th)时，MOS管开始导通输出，起到延时输出的作用。此时信号线电平不会产生高压漏电，可以安全的接触。
当所述插头与电源及接口保护电路连接，且插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端正极，而插头地线未与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的输入A端有电，电源地检测电路检测不到地信号，电源地检测电路输出无效信号给电子开关电路控制信号C端，电子开关电路关闭，输出端B端无输出，此时不会通过板载的接口芯片形成回路漏电到485A或485B信号脚。
当所述插头与电源及接口保护电路连接，插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端正极，且插头地线与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的输入A端有电，电源地检测电路检测到地信号，电源地检测电路输出有效控制信号给电子开关控制信号C端，电子开关打开，电子开关电路输出B端上电，输出到接口芯片及控制电路，由于接口芯片及控制电路已经有了公共参考地，因此也不会形成漏电回路。
由此可知，本发明通过电路检测电源地加电子开关的方式替代传统通过连接器机械式的保护方式，有效解决了RS485总线远程供电热插拔，导致电源地开路过程中产生的冲击电压(电流)对设备造成损坏的问题，降低了故障率及设备维护维修成本，同样该电路也可推广到其他远程供电性的热插拔设备中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，其特征在于包括插头、电源及接口保护电路、电子开关电路、电源地检测电路和接口芯片及控制电路；所述插头与电源及接口保护电路连接，电源及接口保护电路与电子开关电路的输入端A端连接；电子开关电路的输出端B端与接口芯片及控制电路；电子开关电路的控制端C端与电源地检测电路连接，当所述插头与电源及接口保护电路连接，且插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端正极，而地线未与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的输入A端有电，电源地检测电路检测不到地信号，电源地检测电路输出无效信号给电子开关电路控制信号C端，电子开关电路关闭，B端无输出；当所述插头与电源及接口保护电路连接，插头电源的正极接触电源及接口保护电路的供电端，且地线与电源及接口保护电路的接地端接触时，电子开关电路的A端有电，电源地检测电路检测到地信号，电源地检测电路输出有效控制信号给电子开关控制信号C端，电子开关打开，电子开关输出B端上电，输出到接口芯片及控制电路。
2.根据权利要求1所述的RS485总线远程直流供电热插拔保护电路，其特征在于所述电子开关电路包括P沟道MOS管、二极管D2、电容C1和电阻R1，当插头与电源及接口保护电路连接，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-未接触到负极时，P沟道MOS管Q1的Vgs电压为0V，MOS管截止；当插头与电源及接口保护电路连接，输入端Vin+接入到24V电源，Vin-也接入到电源负极时，C1通过R1充电，当电压充到MOS管开启的门槛电压Vgs(th)时，MOS管开始导通输出。
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