[发明专利]一种具有共模电流抑制能力的能量与信息时分复合传输系统

说明书

技术领域

本发明属于现场总线和分布式控制技术领域，具体涉及一种具有共模电流抑制能力的能量与信息时分复合传输系统。

背景技术

在工业控制、智能楼宇、智能家居、设备监控、分布式能源管理系统等领域，现场大量分散的检测点和控制点需要通过总线技术进行互连。总线拓扑与星型拓扑布线相比较，能大大缩短连线的总长度并具有很好的扩展性。传统的总线技术如RS485、CAN等，每个通信模块的接口需要两对线：一对电源线和一对数据线。

为了减少连线，可以对电源线和数据线进行复用。常用的功率/数据复合传输可以采用如下几种方式：低压电力线载波通信、采用IEC61158-2标准所规定的总线供电方法、M-bus、1-wire bus等。然而，电力线载波通信电路复杂，不利于模块小型化设计；IEC61158-2总线供电方法、M-bus、1-wire bus等方法存在输出功率较小、负载不能大幅度变化等缺点。

公开号为CN101594171的中国专利公开了一种电源线斩波通讯收发电路，该收发电路包括主机和从机两个部分。主机将数字信号调制成开关脉冲发送到电源线上，并用两种不同宽度的低电平来表示数字信号的0和1，使电源线成为一条电源通信线，从机从电源通信线上接收主机发送的脉冲信号；从机在主机发送高电平时，叠加返回代表0和1信号的低电平，从而完成电源总线上的通信过程。该电路可以大幅提高输出功率，同时具有收发电路简单、稳定性高的优点。但是其没有考虑输出总线对外部的共模干扰问题，在较高电压以及远距离工作情况下，可能对周围环境造成较大的共模干扰问题，影响其他设备的正常工作。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种具有共模电流抑制能力的能量与信息时分复合传输系统，能够有效抑制系统对外的共模干扰问题，可适用于大功率场合。

一种具有共模电流抑制能力的能量与信息时分复合传输系统，包括一台主机和多台从机；所述的主机单点接地且主机与各从机通过一对总线连接，主机与从机之间以及从机与从机之间通过所述的总线实现双向通信；系统的每一工作周期包含有非重合的供电时隙和通信时隙，所述的供电时隙内主机向各从机传输能量，所述的通信时隙内主机与从机之间或从机与从机之间进行双向通信。

所述的主机采用对称的桥式拓扑结构，从而使得任何时刻总线的共模电压均为一恒定值，不会对其他设备产生共模干扰。

优选地作为一种实现形式，所述的主机包括控制单元、共模扼流圈、直流源E、两个PMOS管Q1和Q3、两个NMOS管Q2和Q4、两个阻抗网络Z1～Z2以及两个共模抑制电容C1～C2；其中，所述的共模扼流圈由两个线圈L1～L2耦合而成，直流源E的正极与PMOS管Q1和Q3的源极相连，PMOS管Q1的漏极与阻抗网络Z1的一端和线圈L1的同名端相连，PMOS管Q3的漏极与阻抗网络Z2的一端相连，阻抗网络Z1的另一端与NMOS管Q2的漏极相连，阻抗网络Z2的另一端与NMOS管Q4的漏极和线圈L2的同名端相连，直流源E的负极与NMOS管Q2和Q4的源极以及两个共模抑制电容C1～C2的一端相连并接地，线圈L1的异名端与共模抑制电容C2的另一端相连并接对应的总线，线圈L2的异名端与共模抑制电容C1的另一端相连并接对应的总线，PMOS管Q1和Q3以及NMOS管Q2和Q4的栅极均接收控制单元提供的开关信号。

优选地作为另一种实现形式，所述的主机包括控制单元、共模扼流圈、直流源E、四个NMOS管Q1～Q4、两个阻抗网络Z1～Z2、两个二极管D1～D2以及两个共模抑制电容C1～C2；其中，所述的共模扼流圈由两个线圈L1～L2耦合而成，直流源E的正极与NMOS管Q1和Q3的漏极相连，NMOS管Q1的源极与NMOS管Q2的漏极、阻抗网络Z1的一端和二极管D1的阳极相连，NMOS管Q3的源极与NMOS管Q4的漏极、阻抗网络Z2的一端和二极管D2的阴极相连，阻抗网络Z1的另一端与二极管D1的阴极和线圈L1的同名端相连，阻抗网络Z2的另一端与二极管D2的阳极和线圈L2的同名端相连，直流源E的负极与NMOS管Q2和Q4的源极以及两个共模抑制电容C1～C2的一端相连并接地，线圈L1的异名端与共模抑制电容C2的另一端相连并接对应的总线，线圈L2的异名端与共模抑制电容C1的另一端相连并接对应的总线，四个NMOS管Q1～Q4的栅极均接收控制单元提供的开关信号。

在主机与总线连接处增加共模扼流圈，可进一步减小共模电流，从而使得系统可以应用于大功率场合而不至于对外产生严重的共模干扰问题。