CN217486164U - 一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，属于光伏组件电平转换电路技术领域。本实用新型包括第一三极管、第二三极管，第一三极管的基极接电平发送端，集电极接上拉电源和第二三极管的基极，发射极接地；第二三极管的集电极接上拉电源和电平接收端，发射极接地。本实用新型大大提高了485通讯传输的隔离度及抗干扰能力，从而有效避免内部MCU端被损坏。

Description

一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路

技术领域

本实用新型涉及光伏组件电平转换电路技术领域，尤其涉及一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路。

背景技术

由于光伏领域通信距离较远，对于通信质量要求也非常高，所以光伏组件控制器都是采用485接口进行与外部通讯，而光伏组件控制器内部485接口电平一般为3.3V，外部通讯口电平一般为5V，这就导致了两边电平不一致，必须要进行电平转换，否则无法进行通信。现有的485接口电平转换方式主要有以下两种：

第一种，如图1所示，采用一级三极管进行485接口电平转换电路，此电路转换原理为：当MCU端485接口TX发送高电平时，三极管Q1截止，外部接口端RX由于有上拉到5V，所以电平为5V高电平，实现了3.3V高电平到5V高电平转换，当MCU端TX发送低电平，此时三极管Q1导通，C极电压等于E极电压，而E极为低电平，所以C极也被拉为低电平，使得外部RX端也为低电平，实现了低电平输入转换为低电平输出；这样MCU的TX到外部RX端就实现了高低电平两种转换；同理外部接口的TX端到MCU的RX端也可以实现高低两种电平的相同原理转换。

第二种，如图2所示，采用一级二极管进行485接口电平转换电路，此电路转换原理为：当MCU端TX发送高电平时，二极管D1截止，外部接口端由于上拉到5V，所以电平为5V高电平，实现了3.3V高电平到5V高电平转换，当MCU端TX发送低电平，因为二极管正极上拉10K到5V，所以此时二极管导通，但根据二极管自身PN结导通特性，导通后有导通压降，此时二极管正极电压并不是跟负极电压一样为0V，而是0.6V，但在数字电路里，5V电平的低电平门限为30%*5V，就是1.5V，0.6V＜1.5V，所以在外部接口逻辑判断上依然是作为低电平处理，这样就实现了低电平转换低电平；同理外部的TX端到MCU的RX端也可以实现高低电平的相同原理转换。

虽然以上两种转换方式都可以实现两边接口的电平转换，但是由于中间只有一级隔离器件，在光伏领域，组件控制器485接口与外部接口之间通讯线需要走很长，并且铺设在楼道或者户外时很容易受到雷电等环境因素干扰，各种环境因素干扰会通过485通讯线传导到组件控制器内部的电路板上，导致主芯片的损坏，这也是实际产品里最多出现的芯片损坏原因。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其大大提高了485通讯传输的隔离度及抗干扰能力，从而有效避免内部MCU端被损坏。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，包括第一三极管、第二三极管，所述第一三极管的基极接电平发送端，集电极接上拉电源和所述第二三极管的基极，发射极接地；所述第二三极管的集电极接上拉电源和电平接收端，发射极接地。

本实用新型的工作原理：当电平发送端发送高电平时，此时第一三极管的基极电压高于发射极，达到三极管PN结导通压差条件后，第一三极管导通，导致其集电极与发射极导通，发射极接地，所以第一三极管的集电极变为0V；由于第二三极管的基极接第一三极管的集电极，所以第二三极管的基极电压也变为0V，以至于第二三极管变为关断状态，而第二三极管的集电极接有上拉电源，所以此时电平接收端接收到的是由上拉电源提供的高电平。

当电平发送端发送低电平时，此时第一三极管的基极电压与发射极一样，第一三极管处于关断状态，其集电极电压就是上拉电源的电压，相应的，第二三极管的基极的电压也为上拉电源的电压，从而第二三极管的基极与发射极的电压差使得PN结导通，即第二三极管的集电极与发射极也导通，而发射极接地，所以第二三极管的集电极电压也变成0V，此时电平接收端接收到的为低电平。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一三极管的基极与电平发送端之间设有限流电阻。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述限流电阻的阻值为10K。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极，与上拉电源之间均设有稳定电阻。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述稳定电阻的阻值为10K。

作为本实用新型一种优选技术方案，具有设于MCU端485接口的发送端和外部485接口的接收端之间，以及设于外部485接口的发送端和MCU端485接口的接收端之间的两条。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述上拉电源的电压为所述电平接收端所需电压。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述电平发送端为MCU端485接口时，所述上拉电源为5V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述电平发送端为外部485接口时，所述上拉电源为3.3V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接同一个上拉电源。

本实用新型披露的技术方案与现有技术相比具有如下有益效果：采用两级三极管进行485接口电平转换，由于三极管的开关速度非常快，485通讯的速率较低，所以对485通讯传输质量完全没影响，但是在与外部连接的隔离度上却提高了一倍的抗干扰能力，能够有效保护内部MCU不受外部信号线上进来的浪涌、静电、杂波干扰等影响而损坏芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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为现有技术第一种转换方式的电路图；

图2为现有技术第二种转换方式的电路图；

图3为本实用新型一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路的电路图；

图4为本实用新型从内部MCU端接口TX到外部接口RX电平转换过程示意图；

图5为本实用新型从外部接口TX到内部MCU端接口RX电平转换过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

如图3所示，一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，第一条用于从内部MCU端485接口向外部485接口端发送电平，第二条用于从外部485接口端向内部MCU端485接口发送电平，两条电路的结构和原理一致，均由两个三极管和若干电阻构成，而由于内部MCU端485接口电平一般为3.3V，而外部485接口电平一般为5V，所以两条电路中的上拉电源电压根据电平接收端而有所不同。

其中，第一条电路的MCU端485接口的电平发送端TX通过电阻R1接三极管Q1的基极B，三极管Q1的发射极E接地，Q1的集电极C通过电阻R2接5V的上拉电源，同时Q1的集电极C接三极管Q2的基极B，三极管Q2的发射极接地，Q2的集电极C通过电阻R3接5V的上拉电源，同时Q2的集电极C接外部485接口端的电平接收端RX。

要说明的是，上述的R1是用于在Q1导通时，对其B极进行限流，避免Q1的基极B因电流过大而损坏；同时由于三极管的可承受电流一般在毫安级别，所以若不设置R1，则无论输出的是高电平还是低电平，都会产生远大于三极管可承受范围的电流；并且R1的阻值一旦选择过小，同样会引起上述问题，所以R1一般需要选择阻值为10K的电阻。当然，我们不需要担心R1对MCU端485接口输出电平的影响，因为该输出电平仅起到触发作用，而外部485接口端接收到的电平实际上是上拉电源所产生的。

还要说明的是，上述的R2和R3分别为三极管Q1和Q2的上拉电阻，目的是让两者的集电极C处于固定的稳定状态，否则三极管的集电极C没有上拉电阻会处于开漏状态，导致转换后的C极电平不稳，影响数据传输准确性。其中，若没有R2，则Q2的B极将一直处于高电平状态，而丧失切换功能；并且，即使有R2，Q2的B极也必须接在Q1的C极与R2之间，而不能接在R2靠近上拉电源的一侧，因为这样也会令Q2的B极一直处于高电平状态。若没有R3，则外部485接口端将一直接收到上拉电源产生的高电平，同理，外部485接口的接收端必须接在Q2的C极与R3之间。另外，R2和R3的阻值一旦选择过小，会令三极管进入放大状态，即使得输出的电平不高也不低；而本电路中仅需要利用三极管的截止和饱和两种状态，Q1饱和而Q2截止时，输出高电平；Q1截止而Q2饱和时，输出高电平，因此，R2和R3一般需要选择阻值为10K的电阻。

第一条电路的工作原理如图4所示：

当MCU端TX发送高电平，此时三极管Q1的B极电压高于E极，达到三级管PN结导通压差条件后，Q1导通，导致其C极与E极导通，而E极接地，所以C极电压变为0V；由于三极管Q2的B极接Q1的C极，那么Q2的B极电压也由高电平也变为0V，并且由导通变为关断状态，而Q2的C极接有5V的上拉电源，所以此时外部485接口端的RX接收到的是由上拉电源提供的5V高电平。

当MCU端TX发送低电平，此时三极管Q1的B极电压与E极一样，Q1处于关断状态，其C极电压就为上拉电压5V；此时三极管Q2的B极也随Q1的C极变为5V，Q2的B极与E极的电压差使得PN结导通，即Q2导通，其C极与E极也导通，而E极接地，所以C极也变成0V，此时外部485接口端RX接收到的为低电平。

第二条电路的外部485接口端的电平发送端TX通过电阻R4接三极管Q3的基极B，三极管Q3的发射极E接地，Q3的集电极C通过电阻R5接3.3V的上拉电源，同时Q3的集电极C接三极管Q4的基极B，三极管Q4的发射极接地，Q4的集电极C通过电阻R6接3.3V的上拉电源，同时Q4的集电极C接MCU端485接口的电平接收端RX。

要说明的是，同上述的R1、R2和R3，第二条电路中的R4用于在Q3导通时，对其B极进行限流，避免Q3的基极B因电流过大而损坏。R5和R6则分别为Q3和Q4的上拉电阻，目的是让两者的集电极C处于固定的稳定状态，否则三极管的集电极C没有上拉电阻会处于开漏状态，导致转换后的C极电平不稳，影响数据传输准确性。原理如R1、R2和R3，在此不做赘述。

第二条电路的工作原理如图5所示：

当外部485接口端的TX发送高电平，此时三极管Q3的B极电压高于E极，达到三级管PN结导通压差条件后，Q3导通，导致其C极与E极导通，而E极接地，所以C极电压变为0V；由于三极管Q4的B极接Q3的C极，那么Q4的B极电压也由高电平也变为0V，并且由导通变为关断状态，而Q4的C极接有3.3V的上拉电源，所以此时MCU端485接口的RX接收到的是由上拉电源提供的3.3V高电平。

当外部485接口端的TX发送低电平，此时三极管Q3的B极电压与E极一样，Q3处于关断状态，其C极电压就为上拉电压3.3V；此时三极管Q4的B极也随Q3的C极变为3.3V，Q4的B极与E极的电压差使得PN结导通，即Q4导通，其C极与E极也导通，而E极接地，所以C极也变成0V，此时MCU端485接口的RX接收到的为低电平。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本实用新型整体构思下的一种实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，包括第一三极管、第二三极管，所述第一三极管的基极接电平发送端，集电极接上拉电源和所述第二三极管的基极，发射极接地；所述第二三极管的集电极接上拉电源和电平接收端，发射极接地。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述第一三极管的基极与电平发送端之间设有限流电阻。

3.根据权利要求2所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述限流电阻的阻值为10K。

4.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极，与上拉电源之间均设有稳定电阻。

5.根据权利要求4所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述稳定电阻的阻值为10K。

6.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，具有设于MCU端485接口的发送端和外部485接口的接收端之间，以及设于外部485接口的发送端和MCU端485接口的接收端之间的两条。

7.根据权利要求6所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述上拉电源的电压为所述电平接收端所需电压。

8.根据权利要求7所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述电平发送端为MCU端485接口时，所述上拉电源为5V。

9.根据权利要求7所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述电平发送端为外部485接口时，所述上拉电源为3.3V。

10.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器485接口电平转换保护电路，其特征在于，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接同一个上拉电源。

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