一种低功耗总线取电MBUS通信接口电路的制作方法

本发明涉及电路控制技术领域，特别涉及一种低功耗总线取电mbus通信接口电路。

背景技术

mbus是一种专门为热量表远程数据传输设计的总线协议，是测量仪表数据传输数字化的一种重要技术，已经广泛应用于无源节点（水、电、气、热能表、楼宇等）的数据采集场合。现有的热量表采用的供电方式一般包括三种：第一种是电池供电，由于仪表数据频繁传输，导致电池寿命较短，很难达到10年。第二种是双电源供电方式，其在电池电量不足时通过单片机控制切换到外接直流电源进行供电，这种方式虽然提高了电池使用寿命，但是外接电源成本较高，而且现场安装与维护比较困难。第三种是采用mbus总线供电，如图1所示，但现有的从机设备mbus总线取电功耗大，无法满足mbus总线vmark(20-42v)范围的应用，使得从机mbus取电的应用具有局限性，而且mbus通讯稳定性差，接口易烧坏造成其他节点设备无法通讯、使得现场安装与维护困难等问题，且功耗大、电路复杂通讯稳定性差且节点数量少。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低功耗总线取电mbus通信接口电路，以降低mbus通信接口电路的功耗。

为实现以上目的，本发明采用一种低功耗总线取电mbus通信接口电路，包括：mbus总线强防护电路、整流电路、恒流储能稳压电路、降压转换电路以及待供电设备；

mbus总线强防护电路的输入端接mbus总线、输出端接整流电路，整流电路输出端接入恒流储能稳压电路输入端，恒流储能稳压电路的输出端与降压转换电路的输入端连接，降压转换电路将恒流储能稳压电路输出的20-36v直流电压信号转换为满足5v以下使用范围的电压以为待供电设备供电。

进一步地，所述mbus总线强防护电路包括过流保护元件，过流保护元件与所述mbus总线串接或与所述mbus总线两端并接。

进一步地，所述过流保护元件为自恢复保险丝、热敏电阻或压敏电阻。

进一步地，所述过流保护元件为自恢复保险丝时，所述mbus总线强防护电路包括自恢复保险丝f1、自恢复保险丝f2，瞬态二极管d2、d3、d4以及限流电阻r1、r4；

所述mbus总线的输入端mbus1经自恢复保险丝f1与分别接入瞬态二极管d2的一端和瞬态二极管d3的一端，所述mbus总线的输入端mbus2经自恢复保险丝f2与分别接入瞬态二极管d4的一端和瞬态二极管d3的另一端，瞬态二极管d2的另一端和瞬态二极管d4的另一端连接后接地；

瞬态二极管d3的一端与限流电阻r1的一端连接，瞬态二极管d3的另一端与限流电阻r4的一端，限流电阻r1的另一端和限流电阻r4的另一端分别与所述整流电路输入端连接。

进一步地，所述整流电路为二极管组成的桥式整流电路、三极管组成的整流电路、集成芯片桥或者晶闸管组成的整流桥。

进一步地，所述恒流储能稳压电路为集成型稳压电路、运算型稳压电路或者晶体管型稳压电路。

进一步地，所述晶体管型稳压电路包括第一晶体管、第二晶体管、储能电容以及稳压管，第一晶体管的基极与第二晶体管的发射极连接后经电阻r3接入所述整流电路的输出端，第一晶体管的发射极接入所述整流电路的输出端；

第一晶体管的集电极与第二晶体管的基极连接，第一晶体管的集电极经电阻r1接地，第二晶体管的集电极与所述储能电容的正极连接，所述储能电容的正极与稳压管的负极连接，稳压管的正极与所述储能电容的负极连接后接地。

进一步地，所述集成型稳压电路包括恒流源集成电路芯片、稳压管和储能电容，恒流源集成电路芯片的输入端与所述整流电路输出端连接，恒流源集成电路芯片的输出端与储能电容连接，储能电容与稳压管并联。

进一步地，所述运算型稳压电路包括集成运算放大器、晶体管、电阻、稳压管和储能电容；运算放大器的正向输入接入基准电压，运算放大器的输出端接入晶体管的基极，运算放大器的反向输入与晶体管的发射极连接后与电阻r110连接，电阻r110接vcc，晶体管的集电极与储能电容的正极连接，储能电容的负极与稳压管的正极连接后接地，稳压管的负极与储能电容的正极连接。

进一步地，所述降压转换电路包括稳压器u2，稳压器u2的输入端与所述恒流储能稳压电路的输出端连接，稳压器u2将所述恒流储能稳压电路的输出的20-36v电压和1ma电流，转换为5v电压和35mw功率为待供电设备提供电能。

进一步地，所述稳压器u2为线性稳压器或降压稳压器。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明对mbus从机接口电路进行改进，从机设备mbus总线取电后，依次通过整流电路、恒流储能稳压电路以及降压转换电路后转换成mbus总线vmark(20-42v)范围的电压信号，扩大了总线供电的范围，降低了总线的功耗。同时通过恒流储能稳压电路将整流电路输出的电压信号转换成一个恒定的电流信号和一个稳定的直流电压信号，使得总线电流输出稳定以有效的保证通信的稳定性，从机设备之间不相互影响。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是背景技术部分述及的现有技术中mbus总线供电示意图；

图2是一种低功耗总线取电mbus通信接口电路的原理结构示意图；

图3是mbus总线强防护电路的结构示意图；

图4是整流电路的结构示意图；

图5是降压转换电路的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图2所示，本实施例公开了一种低功耗总线取电mbus通信接口电路，包括mbus总线强防护电路、整流电路、恒流储能稳压电路、降压转换电路以及待供电设备；

mbus总线强防护电路的输入端接mbus总线、输出端接整流电路，整流电路输出端接入恒流储能稳压电路输入端，恒流储能稳压电路的输出端与降压转换电路的输入端连接，降压转换电路将恒流储能稳压电路输出的20-36v直流电压信号转换为满足5v以下使用范围的电压以为待供电设备供电。

优选地，本实施例中的待供电设备包括水表、热表、气表以及燃气表等居民生活用表。

进一步地，所述mbus总线强防护电路包括过流保护元件，过流保护元件与所述mbus总线串接或与所述mbus总线两端并接。

参阅图3所示，过流保护元件为自恢复保险丝时，mbus总线强防护电路包括自恢复保险丝f1、自恢复保险丝f2，瞬态二极管d2、d3、d4以及限流电阻r1、r4；

所述mbus总线的输入端mbus1经自恢复保险丝f1与分别接入瞬态二极管d2的一端和瞬态二极管d3的一端，所述mbus总线的输入端mbus2经自恢复保险丝f2与分别接入瞬态二极管d4的一端和瞬态二极管d3的另一端，瞬态二极管d2的另一端和瞬态二极管d4的另一端连接后接地；瞬态二极管d3的一端与限流电阻r1的一端连接，瞬态二极管d3的另一端与限流电阻r4的一端，限流电阻r1的另一端和限流电阻r4的另一端分别与所述整流电路输入端连接。

在mbus总线强防护电路中，当强电接入mbus总线时，强电压通过自恢复保险丝f1和f2，使瞬态二极管d4、d2、d3快速导通欠压到42v。由于瞬态二极管快速导通使电流增大，这时自恢复保险丝开始阻值增大，电流降低进入过流保护。通过这个过程使自恢复保险丝和tvs管之间达到一个动态平衡，使其输出电压和电流在mbus总线要求范围之内，其达到强电防护功能，防止设备损坏。

进一步地，本实施例中的整流电路为二极管组成的桥式整流电路、三极管组成的整流电路、集成芯片桥或者晶闸管组成的整流桥。其中，二极管组成的桥式整流电路可如图4所示，其通过四个二极管构成器桥式整流电路，整流电路的直流电压输出端与恒流储能稳压电路输入连接，整流电路中d1的引脚3接限流电阻r1的另一端，整流电路中d5的引脚3接限流电阻r4的另一端。bus1接入二极管d1的引脚3，bus2和接入d5的引脚3，d1的引脚1和d5的引脚1接地，d1的引脚2和d5的引脚2相连接作为输出端组成全波整流，使接入从机的不分极性mbus总线信号整流为20-42v直流电压信号。

进一步地，所述恒流储能稳压电路为集成型稳压电路、运算型稳压电路、晶体管型稳压电路或者其它类型的稳压电路。

其中，晶体管型稳压电路包括包括第一晶体管q1、第二晶体管q2、储能电容c19以及稳压管d9，第二晶体管q2的基极与第一晶体管q1的集电极连接后串接电阻r1，电阻r1接地，第一晶体管q1的基极与第二晶体管q2的发射极连接后与电阻r3串联，电阻r3与所述整流电路1输出端连接，第一晶体管q1的发射极与所述整流电路1的输出端连接；第二晶体管q2的集电极依次与储能电容c19的正极连接、与电容c25的一端连接以及与稳压管d9的负极连接，储能电容c19的负极、电容c25的另一端以及稳压管d9的正极连接后接地。

进一步地，集成型稳压电路包括恒流源集成电路芯片、稳压管和储能电容，恒流源集成电路芯片的输入端与所述整流电路输出端连接，恒流源集成电路芯片的输出端与储能电容的正极连接，储能电容的正极与稳压管的负极连接，储能电容的负极与稳压管的正极连接后接地。其中，恒流源集成电路芯片可选型为lm334。

其中，运算型稳压电路包括集成运算放大器u13、晶体管q19、电阻r110、电阻r111、电阻r112、储能电容c62和稳压管d23；电阻r111一端接入运算放大器u13的正向输入端、另一端接入电源，电阻r112一端接入运算放大器u13的正向输入端、另一端接地；电阻r111的一端与电阻r112的一端连接接入运算放大器u13的正向输入端以为运算放大器提供基准电压，该基准电压为基准电压为(r112/(r111+r112))×vcc，运算放大器u13的反向输入端与晶体管q19的发射极连接后与电阻r110串联，电阻r110接vcc产生输入电压；运算放大器u13的输出端接入晶体管q19的基极，晶体管q19的集电极与储能电容c62的正极连接，储能电容c62的正极与稳压管d23的负极连接，储能电容c62的负极与稳压管d23的正极连接后接地。

其中，运算放大器u13的和晶体管q19、电阻r110组成恒流源电路，恒流输出值通过运算放大器同相端与反向端输入虚短的特点，同向端电压等于反向端电压值，因此确定电阻r110两端的压差值，得知流经电阻r110的电流值，运算放大器的输出使晶体管q19导通，使通过电阻r110产生的电流，经晶体管q19导通使集电极输出恒定电流储能电容c62进行电流储能的集电极输出恒定电流，然后经储能电容c62进行电流储能经稳压管d23稳压输出。

本实施例中的恒流储能稳压电路可使整流电路输出电压信号通过恒流储能稳压电路输出一个恒定电流1ma和稳定直流电压信号20-36v；总线电流输出稳定并有效保证了通信稳定性及从机设备之间不相互影响，可满足多种设备总线取电的需求。以晶体管型稳压电路为例，需要说明的是，在晶体管型稳压电路中，整流电路1输出电压20-42v信号，通过电阻r2，由于第二晶体管q2的ube压差即晶体管基极与发射极端的电压差为0.7v，且电阻r2并接在第二晶体管q2的ube两端，因此可以得出输出的电流=ube/r2，第一晶体管q1是第二晶体管q2输出恒定电流反馈，当负载电流大时，r2两端压差变大，第一晶体管q1集电极电流变大，第一晶体管q1集电极电压升高，使第二晶体管q2的ube电压降低，集电极电流下降，因此第一晶体q1具有负反馈作用，使输出电流恒定，第二晶体管q2的集电极输出恒定电流经储能电容c19进行电流储能，第二晶体管q2的集电极输出恒定电流经选定稳压管d9稳压输出20-36v为降压电路提供合适稳定的电压，此电路使总线电流输出稳定并有效保证了通信稳定性及从机设备之间不相互影响。

参阅图5所示，降压转换电路包括稳压器u2，稳压器u2的输入端与所述恒流储能稳压电路的输出端连接，稳压器u2将所述恒流储能稳压电路的输出的20-36v电压和1ma电流，转换为5v电压和35mw功率为待供电设备提供电能。本实施例中稳压器u2可为降压稳压器件或线性稳压器。

其中，稳压器u2的vin端依次与电阻r10的一端连接、与电容c15的一端以及与电容c9的正极连接，电阻r10的另一端与电阻r13的一端连接后接入稳压器u2的en端，电阻r13的另一端与电容c15的另一端连接，电容c9的负极与电容c15的另一端连接后接地；稳压器u2的bst端与电容c3的一端连接，电容c3的另一端接稳压器u2的sw端，电容c3的另一端经电感l1分别接入电阻r9的一端和电容c10的正极，电阻r9的另一端分别接入稳压器u2的fb端和电阻r11的一端，电阻r11的另一端、电容c10的负极以及稳压器u2的接地端分别接地，电容c10的负极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与电感l1连接后输出直流电压信号至待供电设备。

需要说明的是，降压转换电路u2是一个电流调制模式降压开关稳压器，恒流储能稳压电路输出1.5ma的电流，20-36v的电压进入器件u2的输入端，通过器件u2电流调制降压，通过电阻r10设置同步开关频率，电阻r15为器件u2的反馈电阻，u2输出电压由vdd=(r22/r15+1)×0.8计算得出。该降压转换电路通过低功耗降压转性换器件u2把恒流储能稳压电路输出电流1ma，输出电压20-36v的直流电压信号通过降压转换电路转换为输出电压4.2v、输出电流4-8ma，效率达到90%以上及微安级静态电流有效为总线降低功耗，使总线供电imark=1ma时，能为设备提供4-8ma有效电流，有效的满足mbus总线vmark=20.8-42v和imark<1.5ma使用范围，降低总线功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。