[发明专利]一种隔离型总线供电通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔离型总线供电通信系统，尤其是通过变压器隔离传输的单总线传输电源与数据的系统，属于现场总线通信技术领域。

背景技术

在工业控制、智能楼宇、设备监控等领域，存在大量将现场分散的检测点和控制点通过总线进行连接的需求。目前常用的总线技术有RS485、CAN、ProfiBus等。与集中式的星型连线相比，总线方式可大大减少连线的总长度和布线的复杂度。每个总线模块的接口需要一对电源线和一对信号线。

为了进一步减少连线以及从设备本征安全特性考虑，目前也有多种只需通过一对线同时传输信号和电源的技术，如ProfiBus-PA所采用的IEC1158-2标准等。这种技术采用曼彻斯特编码将基带数据信号叠加到电源线上，再进行传输。

ProfiBus-PA在工业控制领域得到广泛应用。但是，ProfiBus-PA与RS485、CAN一样，都存在一个缺点：总线与通信控制器没有隔离，当多个被控量之间电位不等时，必须附加隔离电路将通信控制器的通信数据线与总线隔离。此外还要通过DC/DC隔离电路将控制器电源与总线相隔离，因而需要大量的外围电路。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，在一对电源/通信总线上能同时实现电源供应和数据传输的隔离型总线供电通信系统。

本发明的隔离型总线供电通信系统，其特征是包括接在电源/通信总线上的电源模块和N个通信模块，N至少为2个，其中：

电源模块包括功率开关电路和开关控制电路，功率开关电路的输入端与电源相连，输出端接电源/通信总线，开关控制电路与功率开关电路相连；

通信模块包括隔离变压器、整流稳压电路、数据发送电路、数据接收电路和通信控制电路，隔离变压器的原边绕组与电源/通信总线相连，隔离变压器的副边绕组分别与整流稳压电路的输入端、数据接收电路的输入端以及数据发送电路的输出端相连，数据发送电路的输入端与通信控制电路的数据发送端相连，数据接收电路的输出端与通信控制电路的数据接收端相连，整流稳压电路的输出端向数据发送电路、数据接收电路和通信控制电路提供电源；通信模块在电源/通信总线上的每个数据位的传输都包含4个阶段：正电源阶段、负电源阶段、磁复位阶段和数据通信阶段。

本系统的一个位信号的传输过程包含4个阶段：正电源阶段、负电源阶段、磁复位阶段和数据通信阶段。在正电源阶段，电源模块输出正电压；在负电源阶段，电源/通信总线上为负电压，这个负电压可以由电源模块输出，也可以由通信模块的隔离变压器的原边激磁电流自动产生。在磁复位阶段，电源模块关断输出，通信模块的数据发送电路也不输出电压，以保证隔离变压器的激磁电流在这个阶段恢复为零。在数据通信阶段，电源模块关断输出，当通信模块发送数据“0”时，数据发送电路输出电压，经隔离变压器耦合，在电源/通信总线上产生一个电压脉冲，表示“逻辑0”。在数据通信阶段，数据接收电路检测输入电压，当其值大于固定阈值Vref，判断总线为“逻辑0”，否则为“逻辑1”。

本系统在实现位传输的基础上，通过定义相应的帧格式，就可实现通信节点间的相互通信。

本发明的总线供电通信系统电路结构简单，在一对传输总线上同时实现电源供应和数据信号传输的功能，并通过单一变压器实现信号隔离，大大简化了电路的复杂度并降低了成本。在构成多节点总线通信方式时，支持主从通信和对等通信。

附图说明

图1是隔离型总线供电通信系统的构成框图；

图2是通信模块的构成框图；

图3是一种具体的电源模块的电路实例；

图4是一种具体的通信模块的电路实例；

图5是总线上传输一位数据的时序图。

具体实施方法

以下结合附图进一步说明本发明

参照图1，图2，本发明的隔离型总线供电通信系统，包括接在电源/通信总线上的电源模块1和N个通信模块2，N至少为2个，其中：

电源模块1包括功率开关电路3和开关控制电路4，功率开关电路3的输入端与电源相连，输出端接电源/通信总线，开关控制电路4与功率开关电路3相连；