微課堂丨科普篇：電源常用電路——通訊電路

在前幾期課程中，小編已經(jīng)帶大家了解了數(shù)字電源的采樣和PWM驅(qū)動(dòng)電路原理。通過這些技術(shù)，數(shù)字電源可以在內(nèi)部形成控制閉環(huán)。但是要實(shí)現(xiàn)電源的控制和管理，還是需要與數(shù)字控制核心建立通訊連接。

本期課程小編將帶領(lǐng)大家去了解數(shù)字電源常用的通訊電路。無論您是想了解或是復(fù)習(xí)數(shù)字電源通訊電路，都請(qǐng)跟隨小編一起來學(xué)習(xí)吧！

常用的通訊方式

在前面【數(shù)字電源淺析】中我們了解到，數(shù)字電源需要具備通訊功能，才能夠更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源的管理與控制。

通過上位機(jī)軟件，工程師能夠設(shè)置電源參數(shù)并控制電源狀態(tài)。但是由于數(shù)字電源控制核心輸出的是TTL電平，與外圍設(shè)備通訊時(shí)存在電平標(biāo)準(zhǔn)定義不一致的情況，因此需要電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)字電源中常用的通訊方式包括RS485、RS232、CAN、TCP/IP以及I2C等。

▍通訊方式分類

通訊方式按照數(shù)據(jù)的傳輸方式分為串行通訊以及并行通訊。

▍并行通訊：以字節(jié)或字節(jié)倍數(shù)為傳輸單位進(jìn)行傳輸，傳輸速度快但遠(yuǎn)距離時(shí)成本高，適合于近距離、大量和快速的信息交換場(chǎng)景。

▍串行通訊：又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，通訊一次發(fā)送一位數(shù)據(jù)，線路少成本低，易于擴(kuò)展，適合遠(yuǎn)距離傳輸，是目前最為常用的通訊方式。按照不同分類方式，串行通訊又可以分為以下幾種：

1）按照通訊方向分為單工通訊、半雙工通訊以及全雙工通訊。

單工通訊中信息只能單向傳輸，收發(fā)端固定不變。

半雙工通訊信息可雙向傳輸，但發(fā)送與接收不能同時(shí)進(jìn)行，通訊收發(fā)端可變，如對(duì)講機(jī)就是典型的半雙工通訊方式。

全雙工通訊允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，在每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，并配置2根數(shù)據(jù)線進(jìn)行信號(hào)傳遞。

2）按照數(shù)據(jù)同步方式可分為同步通訊與異步通訊。

同步通訊要求收發(fā)端的時(shí)鐘頻率一致，信息幀由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符（CRC）組成。

異步通訊時(shí)不要求收發(fā)端時(shí)鐘同步，發(fā)送時(shí)間間隔不定，傳輸時(shí)應(yīng)給字節(jié)加上開始位和停止位，以便接收端正確接收信息。

▍通訊方式對(duì)比

這里對(duì)數(shù)字電源中常用通訊方式進(jìn)行了對(duì)比。

通訊電路介紹▍RS232

RS-232采用負(fù)邏輯電平，“0”電平電壓范圍為3~15V，“1”電平電壓范圍為-15~-3V，9引腳是目前主流的接口形態(tài)。

RS-232電平轉(zhuǎn)換電路分隔離與非隔離兩種。

其中非隔離型電路可利用三極管或非隔離電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)（如ADI公司的MAX232ESE、ADM232AARNZ 以及TI公司的MAX3232IDR等）；而隔離型電平轉(zhuǎn)換芯片有RSM232，ADI的ADM3251EARWZ以及Maxliner的 SP3232EEY等。

本文提供了一種典型的三極管電平轉(zhuǎn)換電路以及RSM232的接口連接電路圖。

三極管電平轉(zhuǎn)換電路的工作原理分析：

通過二極管D1與電容C7的作用使得A點(diǎn)電壓保持在-3V~-15V。

當(dāng)TXD=1時(shí)，Q3截止，PCRXD電壓與PCTXD電壓相等，PCRXD=1；

當(dāng)TXD=0時(shí)，Q3導(dǎo)通，則PCRXD電壓約為+5V，PCRXD=0。

當(dāng)PCTXD=1時(shí)，Q4截止，RXD電壓約為5V，RXD=1；

當(dāng)PCTXD=0時(shí)，Q4導(dǎo)通，RXD電壓為0，RXD=0。

D2是為了防止Q4的BE反向擊穿。

▍RS485

RS-485標(biāo)準(zhǔn)彌補(bǔ)了RS-232通訊距離短、速率低等缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，抗干擾能力強(qiáng)。

RS-485使用一對(duì)雙絞線（A線與B線）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)AB線之間的電壓差在-6~-2V范圍內(nèi)時(shí)表示“0”，當(dāng)AB線之間的電壓差在 +2~+6V范圍內(nèi)時(shí)表示“1”。

同時(shí)RS485在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端需要連接匹配電阻，其阻值應(yīng)等于傳輸電纜的特性阻抗，連接示意圖如下。

RS485電平轉(zhuǎn)換芯片分為隔離與非隔離兩種。

典型的非隔離型芯片有MAX3485、ADI公司的MAX13487EESA+T以及TI公司的SN75176BDR；常用的隔離型芯片有RSM3485PHT、TI公司的 ISO3082DWR以及 ISL32705E。

▍CAN

CAN總線通訊采用差分信號(hào)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。信號(hào)傳輸線分為CAN_H以及CAN_L。

總線上邏輯“0”表示顯性，差分電壓差約為2V(CAN_H=3.5V,CAN_L=1.5V)；

邏輯“1”表示隱性，差分電壓為0V(CAN_H=2.5V,CAN_L=2.5V)。

CAN采用數(shù)據(jù)幀的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，標(biāo)準(zhǔn)的CAN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如下圖。

CAN通訊接口電路可分為隔離與非隔離兩種。

非隔離電路是將控制核心的CAN接口與驅(qū)動(dòng)IC的TX、RX直接連接，各節(jié)點(diǎn)之間沒有電氣隔離。

為了保證總線網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，CAN通訊接口通常會(huì)采用隔離結(jié)構(gòu)。

隔離電路可以利用分立器件(如光耦)或采用集成器件（隔離型CAN收發(fā)器）實(shí)現(xiàn)。常用CAN通訊收發(fā)芯片有恩智浦的TJA1050T、 美國微芯的MCP2551T以及TI公司的ISO1050等。

以ISO1050為例。

芯片內(nèi)部集成了電氣隔離結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用隔離變壓器對(duì)芯片兩側(cè)電源Vcc1與Vcc2進(jìn)行隔離，確保芯片能夠起到有效的隔離作用。

電路在芯片的電源端與接地端間連接有去耦合電容以降低干擾，并在CAN_H、CAN_L端與地之間并聯(lián)TVS二極管起到快速電壓保護(hù)作用。

▍TCP/IP

TCP/IP協(xié)議分為四個(gè)層次：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。

應(yīng)用層包含了http、ftp等協(xié)議，傳輸層包含了TCP與UDP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層包含了IP協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)加上IP地址和其他數(shù)據(jù)以確定傳輸目標(biāo)。數(shù)據(jù)鏈路層為數(shù)據(jù)加上以太網(wǎng)協(xié)議首部，并進(jìn)行CRC編碼，為最后的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。

TCP/IP通訊可采用內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)協(xié)議棧芯片（如W5500、 CH395、WT8266-S3）或采用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，目前數(shù)字電源中常采用后一種方式。

數(shù)字電源常用通訊方式的通訊原理以及電路實(shí)現(xiàn)就介紹到這里了。講過了采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路，那我們的數(shù)字電源外圍電路課程也就告一段落了。

接下來就是大家期待已久的拓?fù)淦?，小編將?duì)數(shù)字電源的常用電路拓?fù)湟灰粸榇蠹艺归_介紹，下一期我們將先對(duì)移相全橋電源的拓?fù)浣M成及工作原理進(jìn)行講解，干貨滿滿哦！

今天就講到這里，我們下期微課堂再見。