[发明专利]仪表总线从机的低功耗电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种仪表总线从机的电源电路，属于仪器仪表技术领域。

技术背景

仪表总线(Meter-Bus简称M-Bus)是一种新型的串行总线标准，主要应用于水表、气 表和热工仪表等消耗测量仪表的组网。由于仪表总线具有组网方便、成本低廉抗干扰能力 强等优势，目前已经成为了2线总线的欧洲标准，在国内外消耗测量仪表领域，如水表、 电表和煤气表的远程抄表系统中获得了广泛应用。仪表总线的主要特点是仅用两条无极性 的导线同时作为供电线和传输串行数据的数据线，各个终端装置全部并联在这两条线上， 总线上不同节点间通过不同的地址码区分。

根据在仪表总线通讯中所扮演的角色不同，仪表总线网络的节点可以分为主机和从机两 种。主机是电源的提供者和通讯的发起者，它通过两条传输线向总线上的所有从机提供 24V-42V的电源电压，并通过在总线上广播从机的地址的方法呼叫希望与之通讯的从机，一 个仪表总线网络中往往只有一个主机，每一个时刻和主机通讯的也只有一个从机。被选中 和主机通讯的从机处于“激活状态”，而网络中其它当前没有被选中的从机处于“休眠状态”。

主机和从机都是由电源电路和单片机系统构成的，从机电源电路从2线制的仪表总线上 获得工作电源，单片机系统在主机的引导下“应答”主机的呼叫。一方面，仪表总线网络 中往往存在多部从机，但由于主机提供电流的能力有限，网络中的从机的总量受到了限制。 另一方面，由于整个网络中处于休眠状态的从机占绝大多数，降低休眠状态下从机的功耗 将有效地提高总线上从机的数量和降低整个系统的总体功耗。

由于总线上只有两条传输线，这两条传输线除了要完成为从机供电的任务外还需要承担 主、从机之间通讯的任务，通讯信号被调制在这两根电源线上。其中主机向从机发送数据 的调制称为“下行调制”，从机向主机应答数据的调制称为“上行调制”。根据仪表总线标 准，下行调制为电压调制：输出信号0时，两线间的电压在现有基础上下跳12V；输出信号 1时，两线之间的电压不变。上行调制为电流调制：从机输出信号0时，本从机吸收11- 20mA的电流；输出信号1时，本从机不吸收额外的电流。由于上行和下行通讯只分别占有 一个信道，通讯只能通过异步串行通信的方式完成，标准的通信波特率有0.6、2.4和 9.6Kbps。

从机电源电路的作用是从压差在24V至42V，并有可能包含了下行的电压调制信号的两 根传输线中得到从机工作所需的电源。如上所述，从机吸收的电源电流的变化中有可能调 制了上行信号。传统的仪表总线从机电源电路为了避免从机工作时消耗的电流和上行电流 调制吸收的电流混淆而引起的通讯混乱，往往用恒流源来实现。具体做法如附图3所示。 由晶体管Q₁、Q₂以及电阻R_a、R_b构成的恒流源，它能够从总线上吸取恒定的、大小为I_t的电 流，这个电流通过稳压管DW₁后将产生一个恒定的电源电压(图中标识为Vcc)，从机的单片 机系统在图中简化为负载RL，通过Vcc供电。从机系统所消耗的电流必须小于I_t-I_s，其中 I_s为稳压管DW₁稳定所需的最小电流。在仪表总线网络的通信中，每个时刻只有一个由主机 选定的从机处于激活状态，完成读数和通讯工作，这个被选中的从机将消耗较大的电流I_active， 而其它处于休眠状态的从机只消耗较小的电流I_aleep。但从机电源电路的恒流源的电流只能 按照I_active+I_s来设计，原因是：如果恒流源电流小于这个值，电源电路提供的电流将无法满 足将无法满足处于激活状态的从机系统的需要，这将导致激活状态的从机无法获得稳定的 电源电压。但绝大部分处于休眠状态下的从机只需要I_sleep+I_s的电流，在这种情况下多余的 电流(大小为：I_active-I_sleep)将被白白浪费在DW₁上。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种能够有效降低休眠状态下仪表总线从 机电源电路吸收的电流量，从而降低总体功耗的仪表总线从机的低功耗电源电路。