电源常用通讯电路详解

数字电源的采样和PWM驱动电路原理，通过这些技术，数字电源可以在内部形成控制闭环。但是要实现电源的控制和管理，还是需要与数字控制核心建立通讯连接。本期将带领大家了解数字电源常用的通讯电路。

一、常用的通讯方式

在前面数字电源与模拟电源中有讲到，为了能够更好的实现数字电源的管理与控制，数字电源需要具备通讯功能。通过上位机软件，工程师能够设置电源参数并控制电源状态。
但是由于数字电源控制核心输出的是TTL电平，与外围设备通讯时存在电平标准定义不一致的情况，因此需要电平转换芯片来实现两者间的数据交换。数字电源中常用的通讯方式包括RS485、RS232、CAN、TCP/IP以及I2C等。

（一）通讯方式分类

通讯方式按照数据的传输方式分为串行通讯以及并行通讯。
并行通讯：以字节或字节倍数为传输单位进行传输，传输速度快但远距离时成本高，适合于近距离、大量和快速的信息交换场景。
串行通讯：又称为点对点通讯，通讯一次发送一位数据，线路少成本低，易于扩展，适合远距离传输，是目前最为常用的通讯方式。
按照不同分类方式，串行通讯又可以分为以下几种：

1、按照通讯方向分为单工通讯、半双工通讯以及全双工通讯。

①单工通讯中信息只能单向传输，收发端固定不变。
②半双工通讯信息可双向传输，但发送与接收不能同时进行，通讯收发端可变，如对讲机就是典型的半双工通讯方式。
③全双工通讯允许数据同时在两个方向上传输，在每一端都设置了发送器和接收器，并配置2根数据线进行信号传递。

2、按照数据同步方式可分为同步通讯与异步通讯。

①同步通讯要求收发端的时钟频率一致，信息帧由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。
②异步通讯时不要求收发端时钟同步，发送时间间隔不定，传输时应给字节加上开始位和停止位，以便接收端正确接收信息。

（二）通讯方式对比这里对数字电源中常用通讯方式进行了对比。

二、通讯电路介绍

（一）RS232RS-232采用负逻辑电平，“0”电平电压范围为3~15V，“1”电平电压范围为-15~-3V，9引脚是目前主流的接口形态。

RS-232电平转换电路分隔离与非隔离两种。其中非隔离型电路可利用三极管或非隔离电平转换芯片实现（如ADI公司的MAX232ESE、ADM232AARNZ 以及ti公司的MAX3232IDR等）。
而隔离型电平转换芯片有RSM232，ADI的ADM3251EARWZ以及Maxliner的 SP3232EEY等。
本文提供了一种典型的三极管电平转换电路以及RSM232的接口连接电路图。

三极管电平转换电路的工作原理分析：通过二极管D1与电容C7的作用使得A点电压保持在-3V~-15V。当TXD=1时，Q3截止，PCRXD电压与PCTXD电压相等，PCRXD=1；当TXD=0时，Q3导通，则PCRXD电压约为+5V，PCRXD=0。当PCTXD=1时，Q4截止，RXD电压约为5V，RXD=1；当PCTXD=0时，Q4导通，RXD电压为0，RXD=0。D2是为了防止Q4的BE反向击穿。

（二）RS485RS-485标准弥补了RS-232通讯距离短、速率低等缺点，数据信号采用差分传输方式，抗干扰能力强。

RS-485使用一对双绞线（A线与B线）进行数据传输，当AB线之间的电压差在-6~-2V范围内时表示“0”，当AB线之间的电压差在 +2~+6V范围内时表示“1”。同时RS485在传输电缆的最远端需要连接匹配电阻，其阻值应等于传输电缆的特性阻抗，连接示意图如下。

RS485电平转换芯片分为隔离与非隔离两种。
典型的非隔离型芯片有MAX3485、ADI公司的MAX13487EESA+T以及TI公司的SN75176BDR；常用的隔离型芯片有RSM3485PHT、TI公司的 ISO3082DWR以及 ISL32705E。

（三）CANCAN总线通讯采用差分信号的形式进行数据传输。

信号传输线分为CAN_H以及CAN_L。
总线上逻辑“0”表示显性，差分电压差约为2V(CAN_H=3.5V,CAN_L=1.5V)；逻辑“1”表示隐性，差分电压为0V9CAN_H=2.5V,CAN_L=2.5V）。CAN采用数据帧的方式进行数据传递，标准的CAN数据帧结构如下图。

CAN通讯接口电路可分为隔离与非隔离两种。
非隔离电路是将控制核心的CAN接口与驱动IC的TX、RX直接连接，各节点之间没有电气隔离。为了保证总线网络的通讯稳定性，CAN通讯接口通常会采用隔离结构。隔离电路可以利用分立器件(如光耦)或采用集成器件（隔离型CAN收发器）实现。常用CAN通讯收发芯片有恩智浦的TJA1050T、 美国微芯的MCP2551T以及TI公司的ISO1050等。

以ISO1050为例。
芯片内部集成了电气隔离结构，同时采用隔离变压器对芯片两侧电源Vcc1与Vcc2进行隔离，确保芯片能够起到有效的隔离作用。电路在芯片的电源端与接地端间连接有去耦合电容以降低干扰，并在CAN_H、CAN_L端与地之间并联TVS二极管起到快速电压保护作用。

（四）TCP/IPTCP/IP协议分为四个层次：链路层、网络层、传输层和应用层。

应用层包含了http、ftp等协议，传输层包含了TCP与UDP协议。
网络层包含了IP协议，对数据加上IP地址和其他数据以确定传输目标。
数据链路层为数据加上以太网协议首部，并进行CRC编码，为最后的数据传输做准备。
TCP/IP通讯可采用内嵌TCP/IP协议的以太网协议栈芯片（如W5500、 CH395、WT8266-S3）或采用交换机实现，目前数字电源中常采用后一种方式。