[发明专利]改进的扼流电路以及包含该扼流电路的总线电源

说明书

技术领域

本发明涉及改进的扼流电路和包含用于在KNX TP总线中使用的有源扼流电路的总线电源。

背景技术

扼流电路通常被称为总线电源中的整体部分。如EN50090中所制定的标准，在示例的KNX双绞线(KNX TP)总线中，总线电源通过双绞电缆为总线节点供应电能。在这一方面，一个或多个总线节点之后通过总线(即双绞电缆)被连接至总线电源，以形成总线区段。

一个或多个总线节点通过总线从总线电源被供应操作电压。如为KNX TP总线所指定的，总线电源为总线提供29V的操作直流(DC)电压。

总线节点被配置为以至少21V的DC电压正常工作。在这一方面，8V的公差范围安全防护KNX TP总线，避免出现间歇性故障。因此，即使在总线上适度压降的情况下或高接触电阻的情况下，KNX TP总线以及所连接的总线节点仍保持运行。

同时，一个或多个总线节点被配置为通过总线(即同样的双绞电缆)传送数据。为此，总线节点除了检测DC电源电压之外还检测叠加在总线上的交流(AC)电流传输信号。变压器容许每一个总线节点将AC传输信号从DC电源电压解耦；电容器可以稳定DC电源电压。变压器还可以被用于通过总线由总线节点传输数据。

对于数据传输，KNX TP总线指定两种不同的传输信号形式代表“0”比特值或“1”比特值。“0”比特以叠加在DC电源电压上的AC信号的形式被传输。“1”比特值在没有交流电流(即通过保持DC电源电压不变)的情况下被传输。也就是说，后者“1”比特值的传输可以被认定为总线的“空闲状态”。

KNX TP总线的一个重要特性是信号传输通过总线被差分地(differentially)执行。也就是说，总线并不指定预定义的参考电位(例如地面电位线)，恰恰相反，总线节点接收数据传输作为双绞电缆的两线之间的差分信号。由此，KNX TP总线以稍高的硬件复杂性为代价提供更好的电磁抗扰性。

“0”比特的区别差分实现如下：对于AC波形的传输，首先，总线节点主动地将总线上的电位降低大约5V(例如从29V降至24V)。在信号宽度的大约三分之一之后，总线节点停止降低总线上的电位，总线上电位的这种降低与传输信号的负半波相对应。

之后，当总线节点停止降低总线上的电位时，总线运作，由于电感反应引起电压超调，即，双绞电缆的两线之间的电位超过了总线的空闲状态。

具体而言，KNX TP总线为每一总线节点上的变压器和电容器做好准备，并且还为共同作为谐振电路工作的总线电源中的扼流电路做好准备。而且，电压的超调与传输信号的正半波相对应。

示例的KNX TP总线系统被显示在图1a和1b中。总线系统100包括DC电源110，其被配置为供应29V的DC电压。该DC电压通过扼流电路120被提供给总线，至少一个总线节点130被连接在其上。DC电源110和扼流电路120共同形成总线电源。

具体而言，扼流电路120包括扼流器(choke)(例如，共模扼流器)，其在一侧通过DC+和DC-端子被连接到DC电源110上，并且在另一侧通过总线(即，端子Bus+、Bus-)被连接到至少一个总线节点130上。由于扼流电路120中的这一扼流器，总线节点130之间的数据传输成为可能。

如前所述，为传输数据(例如，“0”比特值)，总线节点130将总线正极和总线负极之间的电位减少大约5V。在没有扼流电路120的情况下，DC电源110将立刻抵消总线上降低的电位，因为常见的DC电源被配置为抵抗高负载电流。由此，在缺少扼流电路120的情况下，DC电源110将通过总线节点130抑制电位的降低。

更具体地，总线节点130利用电流源I_L3传输“0”比特，电流源I_L3在位置(1)通过变压器的线圈L3驱动电流，以在被包括在总线节点130中的变压器中感应出磁场。由于线圈L3与线圈L1和L2磁性地耦合，电压U_L1和U_L2在位置(2)分别在线圈L1和L2中感应产生。

由此，由总线节点130产生的叠加的电压U_L1和U_L2在位置(3)(即负半波)减小总线正极和总线负极之间的电位，而同时，电容器的电压保持为稳定的29V。电位的这一减小被显示在图1b的时间t₁至t₂处，出现在位置(3)。