CN209001582U - 一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路 - Google Patents

Abstract

一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，包括直流电源V1、直流电源V2、二极管D1、电子开关K1、用于控制该电子开关K1通断的通讯信号源以及至少一负载，所述直流电源V1的负极与直流电源V2的负极共同并联于用于所述负载的负极输入端上。本实用新型结构简单、实用性强，设置直流电源V1、直流电源V2和二极管D1，并引入电子开关K1进行控制，在给设备供电的同时，又同时具备通讯功能，即供电通讯一体，无需独立的通讯线路和接口，将连接线总根数降到最少，简化了布线要求，提高了安装便利性、可维护性，同时也极大的提高了设备可靠性。

Description

一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路

技术领域

本实用新型涉及一种能够同时进行供电和信号传输的电路，尤其是指一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路。

背景技术

目前许多工业控制设备，都需要供电和具备通讯功能，其中供电一般采用直流供电，工业场合是+24V~+36V之间，常用24V。而通讯形式则多种多样，常用的有RS232、RS485、CAN等，而且常常以主-从形式出现，即1个主机，若干从机，通过通讯线缆并使用星型、串联等方法联接在一起进行通讯。供电电源通常由2根电线组成正负极对设备进行供电，而通讯线则由若干根电线组成，并通过各种接口连接于各种设备之间，完成控制、数据传输各种等功能。从连接和电路结构上看，两者是分开的。

就目前而言，现有的技术是供电和通讯分别独立，在大部份的情况下并没有什么问题，在一些特殊使用条件下却并不适用。

1：当设备本身是超小型化设备时，由于使用环境的要求，不但对设备的体积有限制，安装空间也非常有限。故无法使用可靠性较好但体积较大的接口，只能用一些小型或是简单的接口。由于安装空间的限制，也无法容纳太多的连接线，特别是需要通讯的设备数量有几十上百个的时候，安装、布线、维护等工作都将非常的困难和棘手。

2：设备安装在会快速往复移动部件上，由于部件运动，会对设备连接接口和接点形成振动冲击，长时间在这种情况下工作，接口本身或线材连接处会出现脱落或是接触不良的问题，严重影响设备使用时的可靠性，线材根数越多上述问题就越突出，设备整体运行效率低下。

鉴于上述情况，在需求1对多通讯的应用场合中，要求尽可能的减少接口数量和线材数量，以满足设备体积、安装空间、可靠性、便于维护的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其主要目的在于克服现有供电和通讯分别独立设置存在的线路复杂以及运行可靠性差的缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，包括直流电源V1、直流电源V2、二极管D1、电子开关K1、用于控制该电子开关K1通断的通讯信号源以及至少一负载，所述直流电源V1的负极与直流电源V2的负极共同并联于用于所述负载的负极输入端上，所述直流电源V1的电压大于直流电源V2的电压，所述电子开关K1的一端与所述直流电源V1的正极相连，所述电子开关K1的另一端与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上，所述二极管D1的阳极与所述直流电源V2的正极相连。

进一步的，每个负载内设置有用于将电源和通讯信号分离的低通滤波器和/或高通滤波器。

进一步的，所述电子开关K包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、MOS管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、齐纳二极管ZD1以及二极管D2；电容C1、电容C2以及电容C3的一侧并联接地，另一侧并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阴极、电阻R2的一端、三极管Q2的发射极以及MOS管Q1的源极并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阳极、电阻R2的另一端、电阻R3的一端以及三极管Q4的基极并联于三极管Q3的基极；三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极以及三极管Q2的集电极并联于MOS管Q1的栅极；电阻R1一端连接于三极管Q3的集电极，另一端连接于三极管Q2的基极；电阻R3的另一端与三极管Q5的集电极相连；三极管Q4的集电极、三极管Q5的发射极以及二极管D2的阳极并联接地；电阻R4的一端、电容C4的一侧以及二极管D2的阴极并联于三极管Q5的基极；电阻R4的另一端以及电容C4的另一侧并联于通讯信号源的输入端；MOS管Q1的漏极与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上。

进一步的，其中MOS管Q1为P沟道MOS管。

进一步的，其中三极管Q2和三极管Q4为PNP型三极管。

进一步的，其中三极管Q5和三极管Q3为NPN型三极管。

和现有技术相比，本实用新型产生的有益效果在于:

本实用新型结构简单、实用性强，设置直流电源V1、直流电源V2和二极管D1，并引入电子开关K1进行控制，在给设备供电的同时，又同时具备通讯功能，即供电通讯一体，无需独立的通讯线路和接口，将连接线总根数降到最少，简化了布线要求，提高了安装便利性、可维护性，同时也极大的提高了设备可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的电路图。

图3为本实用新型的工作波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1、图2和图3。一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，包括直流电源V1、直流电源V2、二极管D1、电子开关K1、用于控制该电子开关K1通断的通讯信号源以及至少一负载，所述直流电源V1的负极与直流电源V2的负极共同并联于用于所述负载的负极输入端上，所述直流电源V1的电压大于直流电源V2的电压，所述电子开关K1的一端与所述直流电源V1的正极相连，所述电子开关K1的另一端与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上，所述二极管D1的阳极与所述直流电源V2的正极相连。

参照图1、图2和图3。每个负载内设置有用于将电源和通讯信号分离的低通滤波器和/或高通滤波器。

参照图1、图2和图3。所述电子开关K包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、MOS管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、齐纳二极管ZD1以及二极管D2；电容C1、电容C2以及电容C3的一侧并联接地，另一侧并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阴极、电阻R2的一端、三极管Q2的发射极以及MOS管Q1的源极并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阳极、电阻R2的另一端、电阻R3的一端以及三极管Q4的基极并联于三极管Q3的基极；三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极以及三极管Q2的集电极并联于MOS管Q1的栅极；电阻R1一端连接于三极管Q3的集电极，另一端连接于三极管Q2的基极；电阻R3的另一端与三极管Q5的集电极相连；三极管Q4的集电极、三极管Q5的发射极以及二极管D2的阳极并联接地；电阻R4的一端、电容C4的一侧以及二极管D2的阴极并联于三极管Q5的基极；电阻R4的另一端以及电容C4的另一侧并联于通讯信号源的输入端；MOS管Q1的漏极与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上。以上电源装置包含两个电源，直流电源V1和直流电源V2，以电压高低比较，直流电源V1>直流电源V2，其中直流电源V1和直流电源V2的负极连接在一起，形成输出电源负极，直流电源V1电源的正极通过电子开关K1，输出到电源正极。电子开关K1可以是由大功率半导体器件构成，如三极管、MOS或是IGBT等。直流电源V2电源的正极通过一个二极管D1，输出到电源正极。在本实施例中，通讯信号本身是一连串的二进制信号，并控制电子开关K1，通讯信号中的0态对应电子开关K1断开；1态对应电子开关K1闭合。以上电源装置的工作流程包括如下：1、由图3可知，在任何时刻，输入端的电源正极总会有电压存在。当电子开关K1闭合时，由于直流电源V1>直流电源V2，故此时二极管D1反偏截止，输出电压=V1；当电子开关K1断开时，二极管D1立即正偏，忽略二极管D1压降，此时输出电压=V2；由于电子开关K1受通讯信号源控制，当有通讯时，通讯信号被调制于输出电源正极，形成通讯信号，0态控制电子开关K1断开，故对应输出直流电源V2，1态控制电子开关K1闭合，故对应输出直流电源V1。又由于此信号本身就是电源，所以带载能力强。直流电源V1和直流电源V2对应负载的供电电压允许波动范围的最大值和最小值，以保证负载的供电，本电源装置各点工作波形如图3所示，由波形图可以看出，通讯信号的0态被调制成V2，1态被调制成V1，完成通讯信号传输的同时，同时还是一个电压范围是V2~V1的电源。由上可知，通过设置直流电源V1、直流电源V2和二极管D1，并引入电子开关K1进行控制，在给设备供电的同时，又同时具备通讯功能，即供电通讯一体，无需独立的通讯线路和接口，将连接线总根数降到最少，简化了布线要求，提高了安装便利性、可维护性，同时也极大的提高了设备可靠性。

参照图1、图2和图3。其中MOS管Q1为P沟道MOS管。其中三极管Q2和三极管Q4为PNP型三极管。其中三极管Q5和三极管Q3为NPN型三极管。以上电路的工作原理包括如下：1、电容C1、电容C2、电容C3组成电源滤波电路。2、INPUT是通讯信号输入端，驱动电路由三极管Q2, 三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5,电阻R1,电阻R3,电阻R4,电容C4,二极管D2组成，嵌位电路由电阻R2,齐纳二极管ZD1组成。MOS管Q1是1颗P沟道MOS，当模拟开关使用。

以上电路工作过程包括如下： 1、假设起始时，INPUT的输入电平是0，且直流电源V1>直流电源V2。三极管Q5截止，由于二极管D1反偏，A点电位=V1，B点电平忽略三极管Q3基极正向压降时，B=A=V1，MOS管Q1是P沟道MOS，故此时MOS管Q1截止。2、当INPUT有信号输入，即电平是1时，信号先通过电容C4注入到三极管Q5基极，由于开始时电容C4上并无电压，相当于短路，在一个短时间内三极管Q5的基极会有一个比较大的驱动电流，三极管Q5急剧导通，当电容C4充电后，由电阻R4继续提供导电流。故电容C4的作用是加速三极管Q5导通。电阻R3是限流电阻，电阻R2是泄放电阻，齐纳二极管ZD1是嵌位二极管，由于齐纳二极管ZD1存在,使得MOS管Q1的源极与栅极之间的电压恒定，即驱动电压恒定，防止直流电源V1电压高于MOS管Q1栅极耐压时击穿MOS管Q1栅极，造成MOS管Q1损坏。3、三极管Q5导通后，MOS管Q1源极与栅极之间电压=Vzd1，故此时MOS管Q1导通。三极管Q4的作用是加速释放MOS管Q1栅极的电荷，加速MOS管Q1导通。故INPUT=1时，MOS管Q1导通，由于直流电源V1>直流电源V2，二极管D1反偏，故V_OUT=V1。4、当INPUT由1变0时，电容C4上储存的电荷通过二极管D2释放，并在三极管Q5的发射极-基极之间形成一反偏电压，三极管Q5快速截止，相当于开路，此时A点电位快速上升。电阻R2的作用是给MOS管Q1源-栅之间的电容提供一个泄放回路，防止因齐纳二极管ZD1嵌位作用导致MOS管Q1一直处于导通状态。当A点电位上升到接近直流电源V1时，MOS管Q1截止，二极管D1正偏，故V_OUT=V2。综上所述，由上述分析可知，V_OUT输出电压由INPUT输入电平控制，INPUT=0，V_OUT=V2；INPUT=1，V_OUT=V1。

以上对本实用新型所提供的一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：包括直流电源V1、直流电源V2、二极管D1、电子开关K1、用于控制该电子开关K1通断的通讯信号源以及至少一负载，所述直流电源V1的负极与直流电源V2的负极共同并联于用于所述负载的负极输入端上，所述直流电源V1的电压大于直流电源V2的电压，所述电子开关K1的一端与所述直流电源V1的正极相连，所述电子开关K1的另一端与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上，所述二极管D1的阳极与所述直流电源V2的正极相连。

2.如权利要求1所述一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：每个负载内设置有用于将电源和通讯信号分离的低通滤波器和/或高通滤波器。

3.如权利要求1或2所述一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：所述电子开关K包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、MOS管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、齐纳二极管ZD1以及二极管D2；电容C1、电容C2以及电容C3的一侧并联接地，另一侧并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阴极、电阻R2的一端、三极管Q2的发射极以及MOS管Q1的源极并联于所述直流电源V1的正极；齐纳二极管ZD1的阳极、电阻R2的另一端、电阻R3的一端以及三极管Q4的基极并联于三极管Q3的基极；三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极以及三极管Q2的集电极并联于MOS管Q1的栅极；电阻R1一端连接于三极管Q3的集电极，另一端连接于三极管Q2的基极；电阻R3的另一端与三极管Q5的集电极相连；三极管Q4的集电极、三极管Q5的发射极以及二极管D2的阳极并联接地；电阻R4的一端、电容C4的一侧以及二极管D2的阴极并联于三极管Q5的基极；电阻R4的另一端以及电容C4的另一侧并联于通讯信号源的输入端；MOS管Q1的漏极与所述二极管D1的阴极共同并联于所述负载的正极输入端上。

4.如权利要求3所述一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：其中MOS管Q1为P沟道MOS管。

5.如权利要求3所述一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：其中三极管Q2和三极管Q4为PNP型三极管。

6.如权利要求3所述一种利用直流电源系统进行一对多通讯的电路，其特征在于：其中三极管Q5和三极管Q3为NPN型三极管。