一种基于二总线的大电流快速充放电电路的制作方法

本实用新型涉及火灾自动报警技术领域，尤其涉及一种基于二总线的大电流快速充放电电路。

背景技术：

目前消防二总线进行通讯的同时亦可提供较小的电能，以构成低成本、长距离的通讯方案；当连接需要瞬间大电流控制的设备时，例如通电动作的电动闭门器和电磁释放器，消防二总线无法单独提供较大电流，尤其当设备接入长线末端，线路的损耗将进一步耗损输出能力；额外连接电源线进行供电无疑是一种解决方式，但是增加了施工成本，造成了资源的浪费。

二线制低成本布线是目前行业发展的趋势，针对瞬间大电流控制的设备，需要一款基于二总线的大电流控制电路，其具有快速充电、瞬间大电流放电特点，同时必须具备高可靠性，用以保证异常工作时不影响总线上的其他设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于二总线的大电流快速充放电电路，包括总线单元、充电单元、放电单元和处理器；处理器通过总线单元与消防二总线进行通讯，当处理器检测到充电单元中储能电容电量较低时，根据总线电压计算出需要充电的预定时间，并发出充电请求，由二总线同一控制进行逐一充电，充电时间达到预定时间后，二总线控制充电终止，当需要输出时，处理器检测充电单元中电容点亮是否满足，并控制放电单元进行输出；其中，总线单元包括LDO芯片W1、第二十二电阻R22、第二十八电阻R28、第二十四电阻R24、第三十一电阻R31、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十五电阻R45、第四电阻R4、第八电阻R8、第九电阻R9、第五十电阻R50、第三电容C3、第九电容C9、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第九二极管VD9、第五二极管VD5、第十二极管VD10，第一电解电容E1、第二电解电容E2、第三电解电容E3、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2；LDO芯片W1的第三引脚连接第一电平，LDO芯片W1的第一引脚接地，LDO芯片W1的第二引脚、第二电解电容E2的正极、第十电容C10的一端、第一稳压二极管Z1的阴极、第四十五电阻R45的一端、第五NPN型三极管V5的集电极、第四电阻R4的一端、第二十二电阻R22的一端分别连接第二电平，第一电解电容E1的正极连接第一电平；第一电解电容E1的负极、第二电解电容E2的负极、第十电容C10的另一端、第一稳压二极管Z1的阳极分别接地；第四十五电阻R45的另一端与第二稳压二极管Z2的阴极、第五 NPN型三极管V5的基极相连接，第二稳压二极管Z2的阳极接地；第五NPN型三极管V5的发射极、第三电解电容E3的正极、第十四电容C14的一端分别连接第三电平，第三电解电容E3的负极、第十四电容C14的另一端分别接地，其中，第三电平大于第一电平，第三电平小于第二电平；第四电阻R4的另一端分别与第九电阻R9的一端、第八电阻R8的一端、第三电容C3的一端相连接，第九电阻R9的另一端接地，第三电容C3的另一端接地，第八电阻R8的另一端连接处理器；地二十二电阻R22的另一端连接第三二极管VD3的阴极，第三二极管VD3的阳极与第二NPN型三极管V2的集电极、接第十二电容C12 的一端、第二十八电阻R28的一端、第四二极管VD4的阴极、第五二极管VD5 的阴极相连接；第二NPN型三极管V2的基极通过第四十六电阻R46连接 BUSOUT，第二NPN型三极管V2的发射极连接第五十电阻R50的一端，第五十电阻R50的另一端接地；第四PNP型三极管P4的集电极、第四十九电阻R49 的一端分别连接BUSINT，第四PNP型三极管P4的基极与第四十七电阻R47的一端、第四十八电阻R48的一端、第十三电容C13的一端相连接，第四PNP 型三极管P4的发射极、第四十七电阻R47的另一端分别连接第一电平，第四十八电阻R48的另一端连接第十二电容C12的另一端，第四十九电阻R49的另一端接地，第十三电容C13的另一端接地；第二十八电阻R28的另一端接地，第四二极管VD4的阳极与第九二极管VD9的负极、第九电容C9的一端、第二十四电阻R24的一端相连接，第九二极管VD9的阳极接地，第九电容C9 的另一端接地，第五二极管VD5的阳极与第十二极管VD10的阴极、第十一电容C11的一端、第三十一电阻R31的一端相连接，第十二极管VD10的阳极接地，第十一电容C11的另一端接地。

优选地，充电单元包括第一PNP型三极管P1、第二PNP型三极管P2、第三NPN型三极管V3、第四NPN型三极管V4、第二十三电阻R23、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第三十三电阻R33、第三十五电阻R35、第三十八电阻R38、第四十四电阻R44、第十七电容C17、第四电解电容E4、第五电解电容E5、第六电解电容E6、第二二极管VD2；第一PNP型三极管P1的发射极、第二十六电阻R26的一端、第三十二电阻R32的一端、第三十电阻R30的一端分别连接BUS，第一PNP型三极管P1的基极与第三十三电阻R33的一端连接，第一PNP型三极管P1的集电极与第二PNP型三极管P2的基极、第三十电阻R30的另一端、第三十五电阻 R35的一端相连接,第二PNP型三极管P2的发射极与第三十三电阻R33的另一端、第二十六电阻R26的另一端相连接，第二PNP型三极管P2的集电极与第三十二电阻R32的另一端、第二二极管VD2的阳极相连接；第三NPN型三极管V3的集电极与第三十五电阻R35的另一端相连接，第三NPN型三极管V3 的基极与第四NPN型三极管V4的集电极、第三十八电阻R38的一端相连接，第三NPN型三极管V3的发射极接地，第四NPN型三极管V4的基极与第四十一电阻R41的一端、第四十四电阻R44的一端相连接，第四NPN型三极管V4 的发射极接地，第三十八电阻R38的另一端与处理器相连接、第四十一电阻R41的另一端与处理器相连接；第二二极管VD2的阴极、第四电解电容E4的正极、第五电解电容E5的正极、第六电解电容E6的正极、第二十三电阻R23 的一端分别连接储能电容的正极，第四电解电容E4的负极接地，第五电解电容E5的负极接地，第六电解电容E6的负极接地，第二十三电阻R23的另一端与第二十七电阻R27的一端、第二十五电阻R25的一端、第十七电容C17 的一端相连接，第二十七电阻R27的另一端接地，第十七电容C17的另一端接地，第二十五电阻的另一端连接处理器。

优选地，放电单元包括第七电阻R7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十四电阻R14、第五十一电阻R51、第五十三电阻R53、第五十五电阻R55、 N沟道结型场效应管Q1、第一二极管VD1、第七二极管VD7、第八二极管VD8、双极型瞬态抑制二极管TVS3、第四电容C4和第十五电容C15；

N沟道结型场效应管Q1的源极与第十二电阻R12的一端、CAP+相连接，N 沟道结型场效应管Q1的栅极与第十二电阻R12的另一端、第七电阻R7的一端相连接，N沟道结型场效应管Q1的漏极与第一二极管VD1的阴极、双极型瞬态抑制二极管TVS3的一端、第十五电容C15的一端、第七二极管VD7的阴极相连接，第六NPN型三极管V6的集电极与第七电阻R7的另一端相连接，第六NPN型三极管V6的基极与第十四电阻R14的一端、第五十三电阻R53的一端相连接，第六NPN型三极管V6的发射极接地，第十四电阻R14的另一端与处理器连接，第五十三电阻R53的另一端接地，第一二极管VD1的阳极接地，双极型瞬态抑制二极管TVS3的另一端接地，第十五电容C15的另一端接地，第七二极管VD7的阳极与第十一电阻R11的一端、第十六电阻R16的一端相连接，第十一电阻R11的另一端连接第三电平，第十六电阻R16的另一端与第五十五电阻R55的一端、第四电容C4的一端、第五十一电阻R51的一端相连接，第五十一电阻R51的另一端与处理器相连接，第五十五电阻R55 的另一端与第四电容C4的另一端、第八二极管VD8的阳极相连接，第八二极管VD8的阴极接地。

优选地，处理器为EM78F734N单片机。

优选地，第三电平为12V，第一电平为3.3V，第二电平为24V。

本实用新型基于消防二总线，其具有快速充电、瞬间大电流放电特点，同时具备高可靠性，其处于异常工作时不影响总线上的其他设备。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于二总线的大电流快速充放电电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种总线单元的电路连接图；

图3为本实用新型实施例提供的一种充电单元的电路连接图；

图4为本实用新型实施例提供的一种放电单元的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1-2，本实用新型提供一种基于二总线的大电流快速充放电电路，包括总线单元、充电单元、放电单元和处理器。处理器通过总线单元与消防二总线进行通讯，当检测到充电单元中储能电容电量较低时，依据总线电压计算出需要充电的时间，并发出充电请求由二总线统一控制进行逐一充电；充电期间二总线保持高电平，充电时间到达后，二总线控制充电终止；当需要输出时，处理器检测充电单元储能电容电量是否满足，并控制放电单元进行输出，从而实现大电流快速充放电。

其中，总线单元包括LDO芯片W1、第二十二电阻R22、第二十八电阻R28、第二十四电阻R24、第三十一电阻R31、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十五电阻R45、第四电阻R4、第八电阻R8、第九电阻R9、第五十电阻R50、第三电容C3、第九电容C9、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第三二极管VD3、第四二极管VD4、第九二极管VD9、第五二极管VD5、第十二极管VD10，第一电解电容 E1、第二电解电容E2、第三电解电容E3、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2。

LDO芯片W1的第三引脚连接第一电平，LDO芯片W1的第一引脚接地，LDO 芯片W1的第二引脚、第二电解电容E2的正极、第十电容C10的一端、第一稳压二极管Z1的阴极、第四十五电阻R45的一端、第五NPN型三极管V5的集电极、第四电阻R4的一端、第二十二电阻R22的一端分别连接第二电平，第一电解电容E1的正极连接第一电平,第二电平大于第一电平，在本实施例中，第一电平为3.3V，第二电平为24V。

第一电解电容E1的负极、第二电解电容E2的负极、第十电容C10的另一端、第一稳压二极管Z1的阳极分别接地。

第四十五电阻R45的另一端与第二稳压二极管Z2的阴极、第五NPN型三极管V5的基极相连接，第二稳压二极管Z2的阳极接地。

第五NPN型三极管V5的发射极、第三电解电容E3的正极、第十四电容 C14的一端分别连接第三电平，第三电解电容E3的负极、第十四电容C14的另一端分别接地；第三电平大于第一电平，小于第二电平，本实施例中，第三电平为12V。

第四电阻R4的另一端分别与第九电阻R9的一端、第八电阻R8的一端、第三电容C3的一端相连接，第九电阻R9的另一端接地，第三电容C3的另一端接地，第八电阻R8的另一端连接BusAD，其中BusAD为BUS信号经过单端整流及储能后的电压值，间接反应总线电压值，连接单片机AD检测口。

地二十二电阻R22的另一端连接第三二极管VD3的阴极，第三二极管VD3 的阳极、第二NPN型三极管V2的集电极、接第十二电容C12的一端、第二十八电阻R28的一端、第四二极管VD4的阴极、第五二极管VD5的阴极分别连接BUS经过B1、B2输入的总线信号经过整流桥后的信号。

第二NPN型三极管V2的基极通过第四十六电阻R46连接BUSOUT，第二NPN型三极管V2的发射极连接第五十电阻R50的一端，第五十电阻R50的另一端接地。

第四PNP型三极管P4的集电极、第四十九电阻R49的一端分别连接 BUSINT，第四PNP型三极管P4的基极与第四十七电阻R47的一端、第四十八电阻R48的一端、第十三电容C13的一端相连接，第四PNP型三极管P4的发射极、第四十七电阻R47的另一端分别连接第一电平，第四十八电阻R48的另一端连接第十二电容C12的另一端，第四十九电阻R49的另一端接地，第十三电容C13的另一端接地，BUSOUT和BUSINT均为单片机的IO口，BUSOUT 为回码口，BUSINT为解码口。

第二十八电阻R28的另一端接地，第四二极管VD4的阳极与第九二极管 VD9的负极、第九电容C9的一端、第二十四电阻R24的一端相连接，第九二极管VD9的阳极接地，第九电容C9的另一端接地，第五二极管VD5的阳极与第十二极管VD10的阴极、第十一电容C11的一端、第三十一电阻R31的一端相连接，第二十四电阻R24的另一端与B1连接，三十一电阻R31的另一端与 B2连接，第十二极管VD10的阳极接地，第十一电容C11的另一端接地，其中， B1、B2为总线输入端。

在图2中，消防二总线通过RC滤波并经过由VD4、VD5构成的全桥整流电路整流输入后，通过由P4构成的解码电路及由V2构成的回码电路与单片机进行通讯，将总线的信息交流解码至单片机并将单片机的应答信息电流回码至总线；通过LDO芯片W1输出第一电源为单片机供电；通过由Z2及V5构成的稳压电路输出第三电源为放电部分中输出设备状态检测电路供电，其中通过电阻分压及AD检测实时采样总线电压。

在一个示例中，如图3，充电单元包括第一PNP型三极管P1、第二PNP 型三极管P2、第三NPN型三极管V3、第四NPN型三极管V4、第二十三电阻 R23、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻 R30、第三十三电阻R33、第三十五电阻R35、第三十八电阻R38、第四十四电阻R44、第十七电容C17、第四电解电容E4、第五电解电容E5、第六电解电容E6、第二二极管VD2。

第一PNP型三极管P1的发射极、第二十六电阻R26的一端、第三十二电阻R32的一端、第三十电阻R30的一端分别连接BUS，第一PNP型三极管P1 的基极与第三十三电阻R33的一端连接，第一PNP型三极管P1的集电极与第二PNP型三极管P2的基极、第三十电阻R30的另一端、第三十五电阻R35的一端相连接,第二PNP型三极管P2的发射极与第三十三电阻R33的另一端、第二十六电阻R26的另一端相连接，第二PNP型三极管P2的集电极与第三十二电阻R32的另一端、第二二极管VD2的阳极相连接。

第三NPN型三极管V3的集电极与第三十五电阻R35的另一端相连接，第三NPN型三极管V3的基极与第四NPN型三极管V4的集电极、第三十八电阻 R38的一端相连接，第三NPN型三极管V3的发射极接地，第四NPN型三极管 V4的基极与第四十一电阻R41的一端、第四十四电阻R44的一端相连接，第四NPN型三极管V4的发射极接地，第三十八电阻R38的另一端与Charge1相连接、第四十一电阻R41的另一端与Charge2相连接，Charge1和Charge2分别连接单片机的IO口，为控制信号，控制电容的充电。

第二二极管VD2的阴极、第四电解电容E4的正极、第五电解电容E5的正极、第六电解电容E6的正极、第二十三电阻R23的一端分别连接CAP+，其中，CAP+为储能电容正极，第四电解电容E4的负极接地，第五电解电容E5 的负极接地，第六电解电容E6的负极接地，第二十三电阻R23的另一端与第二十七电阻R27的一端、第二十五电阻R25的一端、第十七电容C17的一端相连接，第二十七电阻R27的另一端接地，第十七电容C17的另一端接地，第二十五电阻的另一端连接CapAD，其中，CapAD连接单片机AD检测口，为电容两端电压AD检测值。在图3中，单片机通过由V3、V4构成的互斥电路控制恒流充电电路的导通与关断，其中P1与P2及电阻R26等构成了负反馈恒流充电电路，为储能电容E4、E5和E6进行充电，其中限流电阻R26的阻值及储能电容的容量大小的选取，在二总线最大输出能力的前提下，以实现大电流充电。单片机实时采集储能电容两端的电压值，从而保证储能电容时刻保持高容量。

如图4，N沟道结型场效应管Q1的源极与第十二电阻R12的一端、CAP+ 相连接，N沟道结型场效应管Q1的栅极与第十二电阻R12的另一端、第七电阻R7的一端相连接，N沟道结型场效应管Q1的漏极与第一二极管VD1的阴极、双极型瞬态抑制二极管TVS3的一端、第十五电容C15的一端、第七二极管VD7 的阴极相连接，第六NPN型三极管V6的集电极与第七电阻R7的另一端相连接，第六NPN型三极管V6的基极与第十四电阻R14的一端、第五十三电阻R53 的一端相连接，第六NPN型三极管V6的发射极接地，第十四电阻R14的另一端与OUT1相连接，其中，OUT1为单片机IO口，输出控制。第五十三电阻R53 的另一端接地，第一二极管VD1的阳极接地，双极型瞬态抑制二极管TVS3的另一端接地，第十五电容C15的另一端接地，第七二极管VD7的阳极与第十一电阻R11的一端、第十六电阻R16的一端相连接，第十一电阻R11的另一端连接第三电平，第十六电阻R16的另一端与第五十五电阻R55的一端、第四电容C4的一端、第五十一电阻R51的一端相连接，第五十一电阻R51的另一端与OUT1AD相连接，第五十五电阻R55的另一端与第四电容C4的另一端、第八二极管VD8的阳极相连接，第八二极管VD8的阴极接地，其中，OUT1AD 连接单片机AD检测口，当NO1端连接输出设备时，通过OUT1AD检测输出设备断路及短路状态下的AD值。本实施例中，第三电平为12V，其中，图4中的NO1和GND分别连接电动闭门器的正负极。

在图4中，储能电容正极连接P沟道场效应管Q1源极，Q1与V6构成开关电路，其中输出设备连接Q1漏极；单片机通过控制V6进而驱动Q1的导通，从而将储能电容的电量由Q1漏极进行输出；由VD7、VD8及分压电阻R11、R16、 R55构成输出设备状态检测电路，当所连接的设备断路或短路时，经过由C4、 R51构成的滤波限流电路送入单片机的电压值不同，通过AD检测从而判断所接入的输出设备短路或断路状态。

在一个示例中，单片机采用EM78F734N单片机。

上述实施例中，第一电平为3.3V，第二电平为24V，第三电平为12V，根据设计需求，第一电平，第二电平，第三电平的大小是可以改变的。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。