專利名稱：通知設(shè)備電路及通知系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樓宇安全領(lǐng)域，尤其涉及一種適于在樓宇中使用的通知設(shè)備電路及通知系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般的安防系統(tǒng)通常包括檢測設(shè)備和通知設(shè)備。檢測設(shè)備典型地例如是煙感、溫感、氣體傳感器，或者一些其他類型的能夠識(shí)別出樓宇或其他建筑物內(nèi)潛在危險(xiǎn)的檢測設(shè)備(包括檢測手動(dòng)報(bào)警的設(shè)備等)。通知設(shè)備一般是指能夠向人們發(fā)出聲音通知或可見的視覺通知的設(shè)備，例如喇叭、閃光燈、視頻設(shè)備等等。用到上述檢測設(shè)備和通知設(shè)備的一種典型的系統(tǒng)就是火警系統(tǒng)。但是，目前隨著技術(shù)的發(fā)展，通知設(shè)備還可以用在其他需要在緊急情況下向人們發(fā)出通知的系統(tǒng)中。
圖1示出了一種典型的具有兩個(gè)分支的通知設(shè)備連接方式。在圖1中，簡便起見， 通知設(shè)備(Notification appliance) 110僅僅示出為喇機(jī)的形狀,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本文中所述的通知設(shè)備還可以是其他具有聽覺和/或視覺通知功能的設(shè)備，例如告警燈等等。在樓宇中通常會(huì)分布有多個(gè)通知設(shè)備，這些通知設(shè)備可以以相互并聯(lián)的方式連接到通知設(shè)備電路(NAC Notification Appliance Circuit) 120。例如，在圖1 中，NAC 120可連接兩個(gè)通知設(shè)備的分支。一方面，在需要發(fā)出通知時(shí)，NAC 120經(jīng)由其每個(gè)分支的正極性端口(NAC_P和NAC_PA)和負(fù)極性端口(NAC_N和NAC_NA)向各個(gè)通知設(shè)備110提供如箭頭If所示的正向驅(qū)動(dòng)電流，以發(fā)出通知，這一階段也稱作驅(qū)動(dòng)階段。另一方面，在不需要發(fā)出通知的時(shí)間段內(nèi)，NAC 120還需要周期性地監(jiān)測連接到通知設(shè)備的連接線路是否出現(xiàn)故障，以及提示故障信息使得工作人員及時(shí)修復(fù)故障，以確保在任何需要發(fā)出通知的時(shí)刻各個(gè)通知設(shè)備都能被正常驅(qū)動(dòng)，這一階段也被稱之為監(jiān)測階段。在監(jiān)測階段，NAC 120的每個(gè)分支經(jīng)由負(fù)極性端口(NAC_N和NAC_NA)向通知設(shè)備110提供如箭頭Ib所示的與驅(qū)動(dòng)電流方向相反的反向監(jiān)測電流。對(duì)于這一反向監(jiān)測電流，如果通知設(shè)備110的連接線路一切正常，則在各通知設(shè)備處會(huì)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，監(jiān)測電流會(huì)從連接在線路遠(yuǎn)端的末端電阻Rm 流回NAC 120的正極性端口(NAC_P和NAC_PA)，由此NAC120可檢測到在正常范圍內(nèi)的監(jiān)測電流。如果連接各通知設(shè)備的線路發(fā)生短路故障或者斷路故障，則監(jiān)測電流大小會(huì)超出正常范圍。這樣，就可通過檢測反向監(jiān)測電流的大小判斷出當(dāng)前通知設(shè)備的連接線路是否工作正常。
圖1僅僅示出了一種通知設(shè)備的連接方式。根據(jù)實(shí)際需要，圖1所示的兩個(gè)分支也可簡化為連接到任一組正/負(fù)極性端口的單個(gè)分支。圖1這種連接方式(無論單分支還是雙分支)為符合UL864標(biāo)準(zhǔn)的B類NAC ，即CLASS B NAC。
除了圖1所示的B類NAC之外，UL864標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了一種A類NAC (CLASS A NAC)。 與CLASS B不同，CLASS A NAC需要在通知設(shè)備的連接線路出現(xiàn)斷路的情況下依然能夠使得各個(gè)通知設(shè)備均被正常驅(qū)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)線路的斷路備份。圖2示意性地示出了一種典型的 CLASS A NAC的連接方式。如圖2所示，NAC 220采用一組端口 NAC_P/NAC_N作為主用端口，為通知設(shè)備110提供驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測電流，同時(shí)利用另一組端口 NAC_PA/NAC_NA作為輔助端 口，用于線路的斷路備份。如此的好處是，即使通知設(shè)備的連接線路出現(xiàn)斷路(例如點(diǎn)X斷 開)，被斷開的通知設(shè)備還可以從輔助端口 NAC_PA和NAC_NA獲得驅(qū)動(dòng)電流(如圖中箭頭 Ip所示)。
圖1和2所示的A類和B類NAC連接方式是實(shí)際中常用的連接方式，而且已經(jīng)開 發(fā)出了多種支持這兩種連接方式的NAC。一般而言，市售的NAC多是通過設(shè)置負(fù)電源來給 作為負(fù)載的通知設(shè)備110提供如圖1所示的反向監(jiān)測電流。2009年8月13日公開的文獻(xiàn) W02009/099663A1中公開了一種采用-12V電源來提供反向監(jiān)測電流的方式。在這一方案 中，正向驅(qū)動(dòng)電流由24V的正電源提供，而反向監(jiān)測電流由-12V的電源提供。在監(jiān)測過程 中，連接24V電源的一 MOS管的柵極置為低，例如將其置為電壓為零的參考地GND，使該MOS 管截止，從而關(guān)斷正向驅(qū)動(dòng)電流。同時(shí)，以-12V為電源的監(jiān)測電路部分開始工作，為各個(gè)通 知設(shè)備提供反向監(jiān)測電流。在這個(gè)方案中，在監(jiān)測階段實(shí)際上存在參考地(GND，VeND = 0V) 和(-12V)兩個(gè)低電位和一個(gè)24V的高電位。
另外，上述文獻(xiàn)中公開的NAC在提供A類連接方式時(shí)，為了簡化結(jié)構(gòu)，其連接到輔 助端口 NAC_PA和NAC_NA的電路與連接到主用端口 NAC_P和NAC_N的電路結(jié)構(gòu)不對(duì)等。比 如，在NAC_NA —端，從通知設(shè)備流回的電流需要經(jīng)過至少一個(gè)二極管連接到地,而在NAC_N 一端，從通知設(shè)備流回的電流可直接連接到地。如此，二極管上的壓降導(dǎo)致主用線路和輔助 線路上的板上NAC壓降不一致。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種適于驅(qū)動(dòng)通知設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路能夠 使得發(fā)生斷路故障之后被主、輔端口驅(qū)動(dòng)的各個(gè)通知設(shè)備的性能基本保持一致。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于使得所提供的驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)模塊的監(jiān)測電路部分在 監(jiān)測階段能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不會(huì)受到來自其驅(qū)動(dòng)電路部分的電流的影響。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了 一種驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路包括一第一驅(qū)動(dòng)模 塊和一第二驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊具有兩個(gè)端口，所述四個(gè)端口可按照第一線路連接方 式(例如CLASS B)或第二線路連接方式(CLASS A)連接到負(fù)載；至少一個(gè)板上末端電阻； 至少一個(gè)配置電路，用于響應(yīng)于一連接方式選擇信號(hào)而導(dǎo)通或斷開所述板上末端電阻之一 與所述驅(qū)動(dòng)模塊之一之間的電連接，以使得在所選為第一線路連接方式下僅將所述至少一 個(gè)板上末端電阻中之一電連接到所述第一驅(qū)動(dòng)模塊和所述第二驅(qū)動(dòng)模塊中用作輔助驅(qū)動(dòng) 模塊的驅(qū)動(dòng)模塊兩個(gè)端口之間，而在所選為第一線路連接方式下斷開該板上末端電阻與所 述驅(qū)動(dòng)模塊之間的電連接；其中，在驅(qū)動(dòng)階段，所述第一和第二驅(qū)動(dòng)模塊響應(yīng)于通知控制信 號(hào)而為所述負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)電流；對(duì)于第一線路連接方式，在監(jiān)測階段，與所述板上末端電阻 連接的輔助驅(qū)動(dòng)模塊被禁用，而另一個(gè)用作主用驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)模塊響應(yīng)于一監(jiān)測控制信 號(hào)而被啟動(dòng)以為所述負(fù)載提供與所述驅(qū)動(dòng)電流方向相反的監(jiān)測電流；且所述第一驅(qū)動(dòng)模塊 和第二驅(qū)動(dòng)模塊具有基本相同的電路結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，第一驅(qū)動(dòng)模塊和第二驅(qū)動(dòng)模塊具有相 同的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生電路和驅(qū)動(dòng)電流回饋電路。
由于本發(fā)明提出的驅(qū)動(dòng)電路具有電路結(jié)構(gòu)基本相同的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，主用和輔助 驅(qū)動(dòng)電流在NAC板上回路中的壓降基本相同，所以即使連接通知設(shè)備的線路出現(xiàn)斷路故障，這兩個(gè)基本相同的驅(qū)動(dòng)模塊可以共同為通知設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)電流，使通知設(shè)備的性能保 持基本相同。此外，這種NAC還可以方便地配置成類似于圖1所示具有兩個(gè)獨(dú)立分支的B 類 NAC。
可選地，還可以為每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊配備一個(gè)板上末端電阻以及一個(gè)配置電路。如， 第一驅(qū)動(dòng)模塊配備有第一板上末端電阻和第一配置電路，第二驅(qū)動(dòng)模塊配備有第二板上末 端電阻和第二配置電路。如果連接方式選擇信號(hào)指示為第二線路連接方式，例如CLASS A 連接，第一配置電路將第一板上末端電阻耦合到第一驅(qū)動(dòng)模塊的兩個(gè)端口之間，以使得第 一驅(qū)動(dòng)模塊作為輔助驅(qū)動(dòng)模塊，而第二配置電路使得第二板上末端電阻與第二驅(qū)動(dòng)模塊之 間的電連接斷開，使得第二驅(qū)動(dòng)模塊作為主用驅(qū)動(dòng)模塊。同時(shí)，在監(jiān)測階段，啟用第二驅(qū)動(dòng) 模塊中的監(jiān)測電路，而禁用第一驅(qū)動(dòng)模塊。或者，如果連接方式選擇信號(hào)指示為第一線路連 接方式，例如CLASS B連接，則第一和第二配置電路分別將第一和第二板上末端電阻到第一 和第二驅(qū)動(dòng)模塊端口的連接斷開。同時(shí)，在監(jiān)測階段，分別獨(dú)立啟用第一和第二驅(qū)動(dòng)模塊中 的監(jiān)測電路進(jìn)行監(jiān)測。優(yōu)選地，上述驅(qū)動(dòng)電路可以包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，且每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊均配 備有配置電路和板上末端電阻。如此的好處是，任何兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊都可以通過配置以第二 線路連接方式(如CLASS A連接方式)連接到負(fù)載。
優(yōu)選地，在上述驅(qū)動(dòng)電路中，配置電路可以包括受控開關(guān)電路，其響應(yīng)于所述連接 方式選擇信號(hào)而斷開或?qū)ㄋ霭迳夏┒穗娮枧c相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊之間的電連接。優(yōu)選地，該 受控開關(guān)電路為光控開關(guān)管、繼電器或光耦。采用光控開關(guān)、繼電器或光耦的優(yōu)勢(shì)在于其開 關(guān)的導(dǎo)通與截止僅僅受到控制端的控制，而不會(huì)受到開關(guān)兩端電壓變化的影響。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，上述驅(qū)動(dòng)電路中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊可以具有非對(duì)稱的H橋 結(jié)構(gòu)。例如，該H橋結(jié)構(gòu)包括一第一電源,用于向負(fù)載輸出驅(qū)動(dòng)電流；一第二電源，用于在 監(jiān)測階段，向所述負(fù)載輸出監(jiān)測電流，其中第一電源和第二電源均提供相對(duì)于參考地的正 電源；一 H橋電路,其包括四個(gè)橋臂(legs)和一個(gè)橋支路(bridge load);其中每個(gè)橋臂上 設(shè)置有至少一開關(guān)元件；第一上橋臂的上端連接到所述第一電源，第二上橋臂的上端連接 到所述第二電源；兩個(gè)下橋臂的下端均連接到所述參考地；其中，響應(yīng)于一通知控制信號(hào)， 第一上橋臂開關(guān)元件以及與之成對(duì)角的下橋臂開關(guān)元件導(dǎo)通，其他兩個(gè)橋臂開關(guān)元件關(guān) 斷，從而向所述負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)電流；響應(yīng)于一監(jiān)測控制信號(hào)，第二上橋臂上的開關(guān)元件以及 與之成對(duì)角的下橋臂開關(guān)元件導(dǎo)通，其他兩個(gè)橋臂上的開關(guān)元件關(guān)斷，從而向所述負(fù)載提 供與所述驅(qū)動(dòng)電流方向相反的監(jiān)測電流。
采用如此的非對(duì)稱H橋電路結(jié)構(gòu)，可以方便地利用兩個(gè)正電源實(shí)現(xiàn)正向驅(qū)動(dòng)電流 和反向監(jiān)測電流。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)階段和監(jiān)測階段的電路的參考地也同是電壓為零的GND。由此， 這種H橋電路結(jié)構(gòu)可以確保各個(gè)開關(guān)元件在需要時(shí)完全截止或?qū)ǎ⒂纱舜_保驅(qū)動(dòng)和監(jiān) 測兩部分電路在不同工作階段彼此不干擾，各自正常工作。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，上述H橋電路結(jié)構(gòu)還包括為所述第一上橋臂開關(guān)元件提供 的保護(hù)電路，且響應(yīng)于來自所述保護(hù)電路的保護(hù)信號(hào)，所述第一上橋臂開關(guān)元件由導(dǎo)通切 換成關(guān)斷。優(yōu)選地，所述保護(hù)電路包括過流保護(hù)、過功率保護(hù)以及硬短路保護(hù)功能中任一或 其任意組合。由此，采用這種保護(hù)電路可使得上述的非對(duì)稱H橋電路不會(huì)因過流、過功率或 硬短路等故障而燒毀。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，在本發(fā)明中所述保護(hù)電路還設(shè)計(jì)成在監(jiān)測階段使其漏電輸出端到所述H橋電路的連接斷開。這樣的優(yōu)勢(shì)在于避免漏電流干擾監(jiān)測階段的監(jiān)測結(jié) 果。優(yōu)選地，所述保護(hù)電路還包括一受控開關(guān)，經(jīng)由該受控開關(guān)使得在所述監(jiān)測階段保護(hù)電 路的漏電輸出端到所述H橋電路的連接斷開，其中所述受控開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷僅由所述受 控開關(guān)的控制端加以控制。采用這種受控開關(guān)的原因在于受控開關(guān)中的開關(guān)兩端電壓可能 隨實(shí)際情況發(fā)生變化，因此如果開關(guān)的導(dǎo)通或截止僅僅受到控制端的影響而與開關(guān)兩端電 壓無關(guān)，則可以避免受控開關(guān)不能完全導(dǎo)通或關(guān)斷的情況。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，在本發(fā)明中所述第二電源可包括一穩(wěn)壓電路，用于從所 述第一電源獲得所述第二電源所需的電壓。采用如此的穩(wěn)壓電路可以從驅(qū)動(dòng)電源(第一電 源)獲得第二電源所需的電壓，從而可節(jié)省一個(gè)獨(dú)立的電壓源。此外，如果采用一個(gè)電源， 例如+24V，提供兩個(gè)所需的電源電壓，為了避免因電流從高電壓電源流到低電壓電源而造 成的損壞，優(yōu)選地，該第二電源還包括連接在所述穩(wěn)壓電路下游的防逆流電路。更為優(yōu)選 地，還包括用于補(bǔ)償所述防逆流電路造成的額外壓降的電壓補(bǔ)償電路。
根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)方面，在本發(fā)明中非對(duì)稱H橋電路中的各個(gè)開關(guān)元件優(yōu)選采用 場效應(yīng)管，更為優(yōu)選地采用M0SFET。例如，上橋臂可以采用PMOS場效應(yīng)管，下橋臂可采用 NMOS場效應(yīng)管。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二上橋臂開關(guān)元件為PMOS場效應(yīng)管，其他橋臂上的 開關(guān)元件為NMOS場效應(yīng)管。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，在本發(fā)明中，還為開關(guān)元件提供驅(qū)動(dòng)子電路。例如根據(jù)本 發(fā)明的上述驅(qū)動(dòng)電路可進(jìn)一步包括第一驅(qū)動(dòng)子電路，用于對(duì)所述監(jiān)測控制信號(hào)進(jìn)行電壓變 換，以控制作為所述第二上橋臂開關(guān)元件的所述PMOS場效應(yīng)管。還可包括第二驅(qū)動(dòng)子電 路，用于響應(yīng)于所述通知控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)作為與所述第一上橋臂開關(guān)元件成對(duì)角的所述下 橋臂開關(guān)元件的NMOS場效應(yīng)管，其中所述第二驅(qū)動(dòng)子電路連接到所述第一電源。采用如此 的驅(qū)動(dòng)子電路的原因是考慮到控制信號(hào)的電平與開關(guān)元件的開啟電壓(Ves⑷)存在差異， 這種差異可能導(dǎo)致開關(guān)元件不能在控制信號(hào)的作用下完全導(dǎo)通，因此采用上述的驅(qū)動(dòng)子電 路來使得相應(yīng)的開關(guān)元件完全導(dǎo)通，進(jìn)而確保管上壓降在驅(qū)動(dòng)階段足夠小。
根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)方面，驅(qū)動(dòng)電路還可包括監(jiān)測電路，用于在監(jiān)測階段監(jiān)測所述 反向監(jiān)測電流的大小。優(yōu)選地，該監(jiān)測電路包括一個(gè)監(jiān)測電阻，其串聯(lián)在包括第二上橋臂 開關(guān)元件和與之成對(duì)角的下橋臂上開關(guān)元件的監(jiān)測電流通路中；判斷電路，用于根據(jù)通過 所述監(jiān)測電阻獲得的監(jiān)測電壓確定連接所述負(fù)載的線路是否出現(xiàn)短路或斷路故障。
根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)方面，本發(fā)明還提出了一種通知設(shè)備電路。該通知設(shè)備電路包 括微控制器，用于產(chǎn)生連接方式選擇信號(hào)，在需要發(fā)出通知時(shí)產(chǎn)生通知控制信號(hào)，以及在 監(jiān)測階段產(chǎn)生監(jiān)測控制信號(hào)，接收故障輸入信號(hào)；以及如上所述的驅(qū)動(dòng)電路，其響應(yīng)于來自 所述微控制器連接方式選擇信號(hào)而配置板上末端電阻，且響應(yīng)于通知控制信號(hào)或監(jiān)測控制 信號(hào)來驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載的所述通知設(shè)備或監(jiān)測連接所述通知設(shè)備的線路是否出現(xiàn)故障。其 中，優(yōu)選地，所述微控制器在同一寄存器組中向所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送所述通知控制信號(hào) 或所述監(jiān)測控制信號(hào)。在同一寄存器組(register bank)中發(fā)出控制信號(hào)的優(yōu)勢(shì)在于可幾 乎同時(shí)向各個(gè)通知設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)，從而使得各個(gè)通知設(shè)備之間的同步動(dòng)作更好。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，本發(fā)明還提出了一種通知系統(tǒng)。該通知系統(tǒng)包括如上所 述的通知設(shè)備電路以及至少一個(gè)連接到所述通知設(shè)備電路的通知設(shè)備。
參考以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清晰明了。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
圖1是現(xiàn)有一種B類NAC的典型連接方式的示意圖2是現(xiàn)有另一種A類NAC的典型連接方式的示意圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的NAC結(jié)構(gòu)的示意圖4是圖3A-3B所示NAC的驅(qū)動(dòng)模塊的示意圖5A和5B示出了驅(qū)動(dòng)電流和監(jiān)測電流的流動(dòng)方向的示意圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例具有電路保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)模塊的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例具有的驅(qū)動(dòng)子電路的驅(qū)動(dòng)模塊的示意圖8示出了圖3A-3B 圖7中控制信號(hào)CTRL、EN和MON的波形時(shí)序圖；
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有A類NAC的連接方式的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的A類NAC 30。在圖3A和3B中，一個(gè)或多個(gè)通知設(shè)備110連接到NAC 30。NAC 30可包括一個(gè)微控制器(MCU) 200和至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2。在此例中，對(duì)于A類NAC連接，與圖2類似，驅(qū)動(dòng)模塊400-2可用作主用驅(qū)動(dòng)模塊(即，在監(jiān)測階段輸出監(jiān)測電流的驅(qū)動(dòng)模塊)，驅(qū)動(dòng)模塊400-1用作輔助驅(qū)動(dòng)模塊(僅在驅(qū)動(dòng)階段輸出驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)模塊)。即，驅(qū)動(dòng)模塊400-2的兩個(gè)端口 NAC_P 和NAC_N2間連接有一個(gè)或多個(gè)彼此并聯(lián)的通知設(shè)備110。通知設(shè)備110的正極性端連接到驅(qū)動(dòng)模塊400-2的NAC_P端口，負(fù)極性端連接到驅(qū)動(dòng)模塊400-2的NAC_N端口。而驅(qū)動(dòng)模塊400-1的兩個(gè)端口 NAC_P和NAC_N同樣分別連接到這些通知設(shè)備110的正極性端和負(fù)極性端，由此驅(qū)動(dòng)模塊400-1可按照與圖2相同的方式提供線路的斷路備份通路。此外，如果NAC 30被配置成B類NAC，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊還可各自獨(dú)立為一個(gè)B類NAC分支提供驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測電流(如圖1所示)。
在圖3A和3B所示的例子中，還特別地需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊400_1和400_2具有基本相同的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)，即，使得主用驅(qū)動(dòng)回路(例如圖3A箭頭If所示)和輔助驅(qū)動(dòng)回路 (如箭頭Ip所示)在NAC板上壓降基本相同。比如，驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2可以具有基本相同的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生電路和基本相同的驅(qū)動(dòng)電流回饋電路。這樣，在如圖3A所示的斷路備份期間，經(jīng)由主用驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)的各個(gè)通知設(shè)備可與經(jīng)由輔助驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)的通知設(shè)備保持基本相同的性能。
驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2的具體電路結(jié)構(gòu)可以采用類似于文獻(xiàn)W02009/099663A1所給出的電路結(jié)構(gòu)，但需要改進(jìn)的是其主用、輔助驅(qū)動(dòng)回路需要具有基本相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，驅(qū)動(dòng)模塊自身也可以具有其他電路結(jié)構(gòu)，這將在后面詳細(xì)描述。
圖3A和3B中，NAC 30中的MCU 200的輸出端PA. O PA. 2和PA. 3 PA. 5用于發(fā)出控制信號(hào)，其可連接到每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的3個(gè)控制輸入端EN，CTRL和Μ0Ν。其中，控制輸入端EN和CTRL用于接收在驅(qū)動(dòng)階段的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，控制輸入端MON用于接收在監(jiān)測階段的監(jiān)測控制信號(hào)。根據(jù)需要，這三個(gè)控制輸入端也可簡化為兩個(gè)控制輸入，例如，一個(gè)為通知控制信號(hào)輸入端(如EN)，另一個(gè)為監(jiān)測控制信號(hào)輸入端(如Μ0Ν)，這將在后面詳細(xì)描述。
這里，考慮到驅(qū)動(dòng)階段期間在CLASS A方式下的線路斷路備份階段經(jīng)由主用、輔助驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)的通知設(shè)備彼此同步的問題，優(yōu)選地，MCU可在同一寄存器組(register bank)中寫入用于各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。比如，如圖3A和3B所示，假設(shè)MCU的輸出寄存器為8位,則可選擇屬于同一寄存器組的輸出端PA. O PA. 7輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào),這樣就可通過MCU的一次寫入操作，將各個(gè)控制信號(hào)同步輸出給驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2。此外，MCU 200還可經(jīng)由其輸入端(例如PB. O PB. 2和PB. 3 PB. 5)接收分別來自驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2的告警信號(hào)，例如開路(OPEN)告警、短路(SHORT)告警，以及可選的其他告警(如過流告警0C)。
此外，圖3A和3B所示的MCU 200還從PA. 6輸出端口提供連接方式選擇信號(hào) (CLASS_SET)。CLASS_SET輸出到一個(gè)第一配置電路510-1。CLASS_SET信號(hào)用于指示當(dāng)前連接是A類NAC連接(例如以驅(qū)動(dòng)模塊400-1為輔助驅(qū)動(dòng)模塊的A類連接)，還是B類NAC 連接。當(dāng)CLASS_SET信號(hào)指示為A類NAC連接時(shí)，該第一配置電路510-1可將一個(gè)板上末端電阻Rlb耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-1的NAC_P和NAC_N端口之間；否則，第一配置電路510-1 斷開板上末端電阻Rlb與驅(qū)動(dòng)模塊400-1之間的耦合。當(dāng)然可選地，該第一配置電路510也可以被設(shè)計(jì)成根據(jù)一個(gè)配置信號(hào)(以驅(qū)動(dòng)模塊400-2為輔助驅(qū)動(dòng)模塊)將板上末端電阻Rlb 耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-2的端口之間，例如510-1可包括串聯(lián)在末端電阻Rlb兩端的兩個(gè)開關(guān)，這兩個(gè)開關(guān)可根據(jù)連接方式選擇信號(hào)，選擇性地將末端電阻Rlb耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-1 的兩個(gè)端口之間或耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-2的兩個(gè)端口之間。
而且，在A類NAC時(shí)，在監(jiān)測階段僅啟用主驅(qū)動(dòng)模塊400-2的監(jiān)測電路部分進(jìn)行監(jiān)測操作，監(jiān) 測電流的流向如圖3B中箭頭Ib所示。在B類NAC時(shí)，在監(jiān)測階段需啟用連接有通知設(shè)備的驅(qū)動(dòng)模塊的監(jiān)測電路部分，例如圖1的情況，需要啟用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的監(jiān)測電路部分。
如圖3A所示，優(yōu)選地，該第一配置電路510-1為一個(gè)與板上末端電阻Rlb —起串聯(lián)在驅(qū)動(dòng)模塊400-1的兩個(gè)端口之間的受控開關(guān)電路，其受控端連接到CLASS_SET，即PA. 6。 如果CLASS_SET為高電平時(shí)表示A類連接，受控開關(guān)電路導(dǎo)通板上末端電阻Rlb到驅(qū)動(dòng)模塊400-1的兩個(gè)端口之間的電連接，否則受控開關(guān)電路關(guān)斷，從而末端電阻Rlb到驅(qū)動(dòng)模塊 400-1的連接斷開。由此，圖3A所示的NAC 30可根據(jù)實(shí)際線路連接情況，選擇性地將NAC 30配置成類似于圖2的A類NAC或類似于圖1的B類NAC (或單個(gè)分支的B類NAC)，而不需要人工更改跳線選擇。
更為優(yōu)選地，為了保證受控開關(guān)電路能夠在需要時(shí)完全地導(dǎo)通或關(guān)斷，在圖3A所示的具體實(shí)例中受控開關(guān)電路(第一配置電路510-1)包括一個(gè)受控開關(guān)管MlO (其例如是 NMOS場效應(yīng)管)和一個(gè)光控開關(guān)Ul。此時(shí)，僅當(dāng)CLASS_SET有效時(shí)(如高電平)，MlO導(dǎo)通，使得光控開關(guān)Ul中的發(fā)光二極管因得電而發(fā)光，進(jìn)而導(dǎo)致Ul中的開關(guān)導(dǎo)通，從而板上末端電阻Rlb耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-1的兩個(gè)端口之間；否則，Ul中的開關(guān)關(guān)斷。這里，由于光控開關(guān)的導(dǎo)通和截止僅由受控端信號(hào)決定，而不會(huì)受到開關(guān)兩端電壓的影響，因而該光控開關(guān)可根據(jù)需要完全導(dǎo)通或關(guān)斷。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述第一配置電路還 可以采用其他電路結(jié)構(gòu)，比如采用光耦，磁偶，繼電器等等來實(shí)現(xiàn)。
在圖3A和圖3B中需要驅(qū)動(dòng)模塊400_1和400_2具有基本相同的電路結(jié)構(gòu)，才能 保證在CLASS A連接方式下的斷路備份期間各個(gè)通知設(shè)備能夠具有基本相同的性能。圖4 就示例性地示出了可用作圖3A-3B所示的驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-2的一種優(yōu)選的驅(qū)動(dòng)模塊 400的示例性結(jié)構(gòu)。為了使得描述簡便，在圖4中，僅以CLASS B連接方式為例來描述驅(qū)動(dòng) 模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，圖4所示的驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)同樣可以應(yīng)用 于圖2所示的CLASS A連接方式。如圖4所示，+24V電源用作通知設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源(第一 電源)410，+5V電源用作在監(jiān)測階段提供監(jiān)測電流的監(jiān)測電源(第二電源)420。這兩個(gè)電 源同為相對(duì)于參考地(GND)而言的正電源，且通過一個(gè)非對(duì)稱的H橋電路結(jié)構(gòu)440向通知 設(shè)備110提供驅(qū)動(dòng)電流或監(jiān)測電流。如圖4所示，在此實(shí)施例中，H橋電路結(jié)構(gòu)440的四個(gè) 橋臂(legs)上分別設(shè)有開關(guān)元件S1、S2、S3和S4，兩個(gè)上橋臂分別連接到+24V的驅(qū)動(dòng)電 源410和+5V的監(jiān)測電源420，兩個(gè)下橋臂的下端連接到相同的參考地，即GND。H橋電路 的橫向橋支路即為負(fù)載支路(bridge load)，其對(duì)外為NAC_P和NAC_N端口，用于連接作為 負(fù)載的通知設(shè)備110以及末端電阻R·，圖中以虛線示出。這里，雖然示例出了 +24V和+5V 的電源，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是根據(jù)需要還可以選用其他電壓幅值的電源。
圖4所示的H橋電路結(jié)構(gòu)中，成對(duì)角的橋臂上的開關(guān)元件(如SI和S4，或S2和 S3) 一起動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)電流到監(jiān)測電流的切換或反之。比如，在驅(qū)動(dòng)階段，S3和S2響 應(yīng)于驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)(例如CTRL，EN)而導(dǎo)通，而SI和S4關(guān)斷，從而通知設(shè)備110可獲得從 其正極性端流入至其負(fù)極性端流出的正向驅(qū)動(dòng)電流，如圖5A中箭頭If所示，以驅(qū)動(dòng)通知設(shè) 備發(fā)出聽覺或視覺的通知。在監(jiān)測階段，SI和S4響應(yīng)于監(jiān)測控制信號(hào)MON而導(dǎo)通，而S3和 S2關(guān)斷，從而通知設(shè)備110可獲得如圖5B所示的反向監(jiān)測電流，進(jìn)而測量反向監(jiān)測電流的 大小可確定連接通知設(shè)備的連接線路是否出現(xiàn)故障。
這里，可選地，該開關(guān)元件S1、S2、S3和S4可以是任何可用的開關(guān)元件，例如可控 繼電器、可控硅、雙極型晶體管等。但優(yōu)選地，上述開關(guān)元件為MOSFET (金屬-氧化物-半 導(dǎo)體場效應(yīng)管)。一種優(yōu)選方案是，連接到上橋臂上的開關(guān)元件SI和S3使用PMOS場效應(yīng) 管(簡稱PMOS管)，下橋臂上的開關(guān)元件S2和S4選用NMOS場效應(yīng)管(簡稱NMOS管)。以 下圖7中還給出了一種更為優(yōu)選的示例，其中開關(guān)元件SI為PMOS管，其他三個(gè)開關(guān)元件均 為NMOS管。后面在結(jié)合圖7的描述中會(huì)具體提到。
采用如圖4所示的H橋電路結(jié)構(gòu)，可以方便地利用兩個(gè)正電源實(shí)現(xiàn)正向驅(qū)動(dòng)電流 和反向監(jiān)測電流。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)階段和監(jiān)測階段的電路的參考地也同是GND。由此，這種H橋 電路結(jié)構(gòu)可以確保各個(gè)開關(guān)元件在需要時(shí)完全截止或?qū)?，并由此確保驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測兩部分 電路彼此不干擾，兩部分電路均正常工作。
在圖4所示的H橋結(jié)構(gòu)中還可以包括監(jiān)測電路。監(jiān)測電路優(yōu)選地包括一個(gè)監(jiān)測電 阻，該監(jiān)測電阻可設(shè)置在例如流過開關(guān)元件SI和S4的監(jiān)測電流通路上。通過測量監(jiān)測電 阻兩端電壓即可得到監(jiān)測電流的大小。圖4僅示出了一種較佳的監(jiān)測電阻Rl的設(shè)置方式。 如圖4所示，監(jiān)測電阻Rl設(shè)置在開關(guān)元件S4所在橋臂上且經(jīng)由S4連接到地(GND)。在監(jiān) 測階段，流回NAC的監(jiān)測電流經(jīng)監(jiān)測電阻Rl和閉合的開關(guān)元件S4流入GND。由此，通過檢 測監(jiān)測電阻Rl上端點(diǎn)B處的電壓Vb即可獲知監(jiān)測電流的大小。
這里，監(jiān)測電阻和末端電阻的大小可以根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。優(yōu)選地，監(jiān)測電阻 Rl與末端電阻Rm的大小相同，例如優(yōu)選為24ΚΩ。但這并不是必須的，監(jiān)測電阻Rl和末端電阻的大小也可根據(jù)監(jiān)測靈敏度的需求加以調(diào)整。這里假設(shè)監(jiān)測電阻和末端電阻Rm均為24K。在監(jiān)測階段，如果一切正常，各個(gè)通知設(shè)備對(duì)于反向監(jiān)測電流呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，監(jiān)測電阻Rl上B點(diǎn)電壓Vb可以例如為+5V的一半，即落在正常范圍內(nèi)。如果通知設(shè)備的連接線路出現(xiàn)短路，則反向監(jiān)測電流經(jīng)短路路徑流回NAC，此時(shí)監(jiān)測電阻Rl上端點(diǎn)B的電壓Vb上升到例如5V，表示出現(xiàn)短路故障。如果連接通知設(shè)備的線路出現(xiàn)斷路，則監(jiān)測電流無法流回 NAC，此時(shí)監(jiān)測電阻Rl上端點(diǎn)的電壓Vb例如為低，如0V，表示出現(xiàn)斷路故障。采用如圖4所示的監(jiān)測電路可方便地根據(jù)檢測到的監(jiān)測電壓(即電阻Rl上端B 點(diǎn)電壓Vb)的大小來判斷是否出現(xiàn)故障。當(dāng)然，圖4僅僅示出了一種示例性的監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是監(jiān)測電路還可根據(jù)需要具有其他的電路結(jié)構(gòu)，例如當(dāng)監(jiān)測電阻Rl置于監(jiān)測電流流經(jīng)的橋臂上的任意位置時(shí)，還可以利用差分電路來測量監(jiān)測電阻Rl上的壓降，以得到監(jiān)測電流的大小。而且，依據(jù)監(jiān)測電壓進(jìn)行的故障判斷可以通過比較器來實(shí)現(xiàn)(具體參見圖7所示)，也可以通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由軟件判斷來實(shí)現(xiàn)。這些對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是顯而易見的。
圖6示出了在圖4所示出的最簡實(shí)施例基礎(chǔ)上的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式。如圖6所示， 可選的，根據(jù)本發(fā)明的一改進(jìn)實(shí)施例的NAC在其開關(guān)元件S3 (M6)(連接到驅(qū)動(dòng)電源410的上橋臂開關(guān)元件S3)上可設(shè)置有保護(hù)電路610。保護(hù)電路可至少具有過流保護(hù)、過功率保護(hù)以及硬短路保護(hù)中的任意一種。優(yōu)選情況下，該保護(hù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)全部上述三種保護(hù)功能。 如果實(shí)際需要，還可以在下橋臂開關(guān)元件S2(M3)上也設(shè)置類似的保護(hù)電路。
圖6示出的保護(hù)電路610中，優(yōu)選采用了具有上述三種保護(hù)功能的芯片來實(shí)現(xiàn)，例如該芯片可以選用德州儀器出品的TPS2491芯片。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以選用其他具有類似功能的芯片，如市場上可獲得的德州儀器出品的TPS2481芯片或 Maxim公司出品的MAX4271芯片等，甚或還可以采用自行設(shè)計(jì)的模擬電路來實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路 610。此處，由于TPS2491芯片內(nèi)部具有適于開啟和關(guān)斷NMOS管的電路，所以在圖6所示的電路中采用NMOS管M6作為開關(guān)元件S3。
在圖6中，保護(hù)電路610的核心單元，即控制電路U4，即為芯片TPS2491。U4包括一個(gè)受控的輸出端GATE，其連接到用作開關(guān)元件S3的NMOS管M6的柵極，用于在需要時(shí)向 NMOS管M6提供導(dǎo)通或關(guān)斷電壓。在驅(qū)動(dòng)階段，控制電路U4的使能端EN因接收到通知控制信號(hào)而激活U4，從而該受控輸出端GATE輸出有效電平，以使得NMOS管M6因其柵極獲得高電壓而導(dǎo)通。在M6導(dǎo)通期間，響應(yīng)于該芯片U4內(nèi)提供的過流保護(hù)信號(hào)、過功率保護(hù)信號(hào)和硬短路信號(hào)中任一，該受控輸出端GATE的輸出電平失效，即撤銷其加在NMOS管M6柵極上的高電壓，從而關(guān)斷M6，以達(dá)到保護(hù)目的。當(dāng)然，如果控制電路U4的使能端EN失效，則該受控輸出端GATE也同樣失效，以使得NMOS管M6關(guān)斷。
在圖6中，控制電路U4還可包括電流感測輸入端SENSE，其連接到NMOS管M6的漏極，用于感測流過電阻R9的電流大小，也就是流過NMOS的電流大小。在控制電路U4內(nèi)部， 如果感測到的電流大于預(yù)定值，則發(fā)出過流保護(hù)信號(hào)，以使受控輸出端GATE的電平失效。 控制電路U4另外還可包括電壓輸入端0UT，其連接到NMOS管M6的源極，用于在驅(qū)動(dòng)階段測量M6的源漏極間電壓Vds，以與感測到的電流結(jié)合起來確定M6是否出現(xiàn)了過功率現(xiàn)象。如果判斷結(jié)果為是，則使得GATE端失效，從而關(guān)斷M6。同時(shí)，輸入端OUT還可用來判斷硬短路 保護(hù)，即，當(dāng)檢測到OUT端電壓在極短時(shí)間內(nèi)被拉低時(shí)，U4內(nèi)部將自動(dòng)將GATE端電平置為 失效，從而關(guān)斷M6?？蛇x地，過流保護(hù)信號(hào)，過功率保護(hù)信號(hào)以及硬短路保護(hù)信號(hào)也可以被 反饋給MCU 200。在圖3A-3B和圖6中僅僅示出了在出現(xiàn)上述三種保護(hù)信號(hào)中任意一個(gè)時(shí) 使得OC端信號(hào)有效的例子。
優(yōu)選地，在圖6中，考慮到輸入端OUT在控制電路U4失效(即，使能端EN無效) 期間會(huì)向芯片外泄漏電流的問題，還特別為電壓輸入端OUT設(shè)計(jì)了控制電路615。圖6所示 的控制電路615的作用是響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)階段發(fā)出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)CTRL而導(dǎo)通輸入端OUT到 H橋結(jié)構(gòu)中的NMOS管M6的源級(jí)之間的電連接，而在監(jiān)測階段斷開該電連接。當(dāng)然，根據(jù)實(shí) 際需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用與上述不同的實(shí)現(xiàn)方案。
此外，在圖6所示的實(shí)例中，兩個(gè)通知控制信號(hào)EN和CTRL用來控制保護(hù)電路610 以及其內(nèi)部的電路615。這里，優(yōu)選地，在驅(qū)動(dòng)階段，通知控制信號(hào)CTRL有效，以開啟輸入 端OUT的保護(hù)功能，在CTRL有效期間可再利用通知控制信號(hào)EN來使能控制保護(hù)電路610。 這樣可確保保護(hù)電路610的各個(gè)保護(hù)功能都能及時(shí)起作用。圖8還示出了通知控制信號(hào) CTRL、EN和監(jiān)測控制信號(hào)MON的一種示例性的信號(hào)波形時(shí)序圖。如圖所示，在驅(qū)動(dòng)階段，可 以通過控制EN信號(hào)按照通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)通知設(shè)備，比如在通知設(shè)備為告警燈時(shí)，可通過間歇 地使能EN來使得告警燈同步。雖然圖6和圖8所示出的通知控制信號(hào)包括CTRL和EN兩 個(gè)信號(hào)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，由于MON通常是CTRL取反，CTRL、EN和MON也 可以簡化為兩個(gè)控制信號(hào)，例如MON和EN。
在圖6所示例子中，控制電路615包括光控開關(guān)U5，受控開關(guān)管M8和限流電阻 R14。光控開關(guān)U5中的開關(guān)設(shè)置在輸入端OUT和M6的源極之間。光控開關(guān)U5中的發(fā)光二 極管與受控開關(guān)管M8和限流電阻R14串聯(lián)連接。受控開關(guān)管M8的柵極連接到驅(qū)動(dòng)控制信 號(hào)CTRL。當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)CTRL有效(即，驅(qū)動(dòng)階段)時(shí)，受控開關(guān)管M8導(dǎo)通，促使U5中 的發(fā)光二極管得電發(fā)光，進(jìn)而導(dǎo)致U5中的開關(guān)閉合。由此，在驅(qū)動(dòng)階段，輸入端OUT可正常 工作。在監(jiān)測階段，輸入到控制電路U4的使能端EN的是一個(gè)失效電平，從而使得U4不工 作。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)CTRL也變?yōu)槭щ娖?例如低電平)，由此M8截止，U5的發(fā)光二 極管因失電而停止發(fā)光，從而導(dǎo)致U5內(nèi)的開關(guān)斷開。這樣，在監(jiān)測階段，由于輸入端OUT到 M6的源極的電連接被斷開，由此切斷了 OUT端泄漏電流的通路，即避免了該漏電流流入監(jiān) 測電路中造成干擾。圖6中所示的光控開關(guān)U5也可以采用例如繼電器、光耦等來實(shí)現(xiàn)，其 特點(diǎn)是可使得該受控開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷僅僅受到相關(guān)控制信號(hào)CTRL的影響，而與開關(guān)兩 端電平高低無關(guān)。
下面再回到圖6。圖6示出的電路結(jié)構(gòu)還示出了監(jiān)測電源420的一個(gè)具體實(shí)例 620。在圖6所示的改進(jìn)實(shí)施方式中，優(yōu)選采用了從+24V驅(qū)動(dòng)電源410經(jīng)穩(wěn)壓變換得到+5V 的監(jiān)測電源的方案。當(dāng)然，這并不是必須的，需要時(shí)，也可以為監(jiān)測電源設(shè)置單獨(dú)的電壓源 或者具有輸出監(jiān)測電流能力的電壓參考或運(yùn)放。在圖6所示的例子中，監(jiān)測電源620可包 括限流電阻R3、穩(wěn)壓器U3和二極管D1。其中限流電阻R3起到限流和散熱的作用。穩(wěn)壓器 U3起到穩(wěn)壓作用，用于將輸出電壓穩(wěn)定在期望值，例如5V。穩(wěn)壓器優(yōu)選地可以使用例如德 州儀器公司或其他公司出品的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO, Low Drop-out regulator)。圖6 中的二極管Dl (blocking diode)可防止驅(qū)動(dòng)電路部分的電流在驅(qū)動(dòng)階段回流至監(jiān)測電路。例如，在驅(qū)動(dòng)階段，如果用作開關(guān)元件S2的NMOS管M3失效，則來自+24V驅(qū)動(dòng)電源的電流有可能會(huì)通過Ml的體二極管流向+5V監(jiān)測電源。這時(shí)，二極管Dl可有效地阻止驅(qū)動(dòng)電流回流到監(jiān)測電源。
圖6示出的電路結(jié)構(gòu)實(shí)際上是監(jiān)測電源620的一個(gè)具體實(shí)例。在圖6所示的例子中，選用了德州儀器公司出品的LP2951芯片作為LDO穩(wěn)壓器。同時(shí)，為了在用作開關(guān)元件 SI的PMOS管Ml的源極上施加+5V電壓，監(jiān)測電源620中還特別設(shè)計(jì)了補(bǔ)償電路D3。具體地，LP2951芯片的輸入端SENSE用于檢測線路上損失的壓降，使得LP2951芯片的輸出端 OUTPUT能夠響應(yīng)于檢測到的壓降而提高輸出電壓，從而使得終端能夠獲得期望的穩(wěn)定電壓，例如5V。在圖6所示的實(shí)例中，發(fā)明人正是利用了 LP2951芯片的輸入端SENSE的這一特點(diǎn)?？紤]到二極管Dl本身會(huì)產(chǎn)生O. 7V左右的壓降，為了在PMOS管Ml的源極上施加準(zhǔn)確的+5V電壓，本申請(qǐng)的發(fā)明人在LP2951芯片的輸入端SENSE連接一個(gè)二極管D3。如此，輸入端SENSE會(huì)檢測到由二極管D3引起的O. 7V壓降，并由此促使LP2951芯片的輸出端的輸出電壓提高O. 7V，從而補(bǔ)償了二極管Dl產(chǎn)生的壓降，最終在PMOS管Ml的源極上施加準(zhǔn)確的+5V電壓。由此，采用圖6示出的監(jiān)測電源620可以從+24V的驅(qū)動(dòng)電源獲得監(jiān)測電源， 而不必為驅(qū)動(dòng)模塊提供兩個(gè)獨(dú)立的電源。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的又一個(gè)具體驅(qū)動(dòng)模塊的電路結(jié)構(gòu)。在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測電源620與圖6所示結(jié)構(gòu)相同，保護(hù)電路610與圖6所示結(jié)構(gòu)相同，因此這里不再贅述 。除去與圖6相同的結(jié)構(gòu)外，圖7所示的電路中還為用作開關(guān)元件SI的PMOS 管Ml和用作開關(guān)元件S2的NMOS管M3分別提供了驅(qū)動(dòng)子電路710和720，同時(shí)還具體包括了判斷電路730，其用于根據(jù)監(jiān)測電阻Rl上的監(jiān)測電壓確定通知設(shè)備的連接線路是否出現(xiàn)故障。
圖7所示出的驅(qū)動(dòng)子電路710響應(yīng)于監(jiān)測控制信號(hào)MON來控制用作開關(guān)元件SI 的PMOS管Ml。通常而言，由于監(jiān)測控制信號(hào)MON由MCU提供，其高電平一般為3. 3V(這與微控制器的電源有關(guān))，而PMOS管Ml所連接到電源為+5V。因此，優(yōu)選地不直接用3. 3V的監(jiān)測控制信號(hào)MON來控制連接到+5V電源的PMOS管M1，以避免可能出現(xiàn)的PMOS管不能完全截止的情況。為此，在圖7所示例子中，優(yōu)選地，為PMOS管Ml設(shè)計(jì)了一個(gè)具有電壓變換功能的驅(qū)動(dòng)子電路710。驅(qū)動(dòng)子電路710包括受控開關(guān)管M2 (例如NMOS管)，其控制端，即柵極，連接到監(jiān)測控制信號(hào)Μ0Ν。受控開關(guān)管M2的漏極經(jīng)電阻R24連接到+5V，同時(shí)還經(jīng)由電阻RlO連接到PMOS管Ml的柵極。由此，在監(jiān)測階段，即監(jiān)測控制信號(hào)MON為有效的高電平時(shí)，M2導(dǎo)通，從而使得PMOS管Ml的柵極電平被拉低，進(jìn)而導(dǎo)致Ml完全導(dǎo)通。在驅(qū)動(dòng)階段，監(jiān)測控制信號(hào)MON為無效電平，如低電平，則此時(shí)M2截止，PMOS管Ml的柵極電平為高， Ml截止。
相對(duì)于PMOS管Ml而言，用作開關(guān)元件S4的NMOS管M7可以簡單地用監(jiān)測控制信號(hào)MON來直接控制。當(dāng)監(jiān)測控制信號(hào)MON為有效的高電平時(shí)，M7導(dǎo)通，當(dāng)監(jiān)測控制信號(hào)MON 為低電平時(shí)，M7截止。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以采用其他適合的控制方式。
圖7所示出的驅(qū)動(dòng)子電路720響應(yīng)于通知控制信號(hào)CTRL來控制用作開關(guān)元件S2 的NMOS管M3。與驅(qū)動(dòng)子電路710類似，由于通知控制信號(hào)CTRL由MCU提供，其高電平一般為3. 3V (這與微控制器的電源有關(guān))。如果直接用3. 3V的通知控制信號(hào)CTRL來控制連接到NMOS管M3，在NMOS管的開啟電壓Ves⑷接近或高于3. 3V時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致NMOS管不能完全導(dǎo)通。為此，在本發(fā)明中設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)子電路720。在圖7所示例子中，驅(qū)動(dòng)子電路720包括兩個(gè)受控開關(guān)管M4和M5，優(yōu)選地M4為NMOS管，M5為PMOS管。電阻R6和R7以及M4串聯(lián)在+24V電源和地之間，M4的受控端連接到通知控制信號(hào)CTRL。M5和電阻R4和R5串聯(lián)在+24V電源和地之間，M5的受控端連接到R6和R7之間的連接點(diǎn)Q處。NMOS管M3的柵極 (受控端)連接在電阻R4和R5之間的連接點(diǎn)P處。如此結(jié)構(gòu)，當(dāng)通知控制信號(hào)CTRL為有效的高電平時(shí)，M4導(dǎo)通，Q點(diǎn)電平被拉低，進(jìn)而致使M5導(dǎo)通，從而P點(diǎn)電平為高(例如在R4 和R5電阻大小相同時(shí)為12V)，可使得M3完全導(dǎo)通。反之，如果通知控制信號(hào)CTRL無效，即低電平，則M4截止，M5截止，進(jìn)而導(dǎo)致M3截止。采用這種驅(qū)動(dòng)電路可確保M3完全地導(dǎo)通， 降低驅(qū)動(dòng)階段的導(dǎo)通電阻，降低NAC板上的壓降損耗。
圖7中示出的驅(qū)動(dòng)子電路710和720還可以以其他電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，比如專用的電平轉(zhuǎn)換器或MOS管驅(qū)動(dòng)電路等。這一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
在圖7所示的例子中，為了防止各個(gè)用作開關(guān)元件的MOS管在MCU失控情況下?lián)p壞，還分別設(shè)計(jì)了保護(hù)機(jī)制。例如，為了避免PMOS管Ml因Ves過壓而損壞，在PMOS管的柵極和漏極之間設(shè)置了具有鉗位功能的齊納二極管D2。與前類似，例如在驅(qū)動(dòng)階段，如果用作開關(guān)元件S2的M3失效，則來自+24V驅(qū)動(dòng)電源的電流有可能會(huì)回流到Ml。這時(shí)，二極管 D2可有效地避免Ml因Ves過壓而損壞。這種設(shè)計(jì)還為開關(guān)控制提供了靈活性。比如，在從監(jiān)測階段切換到驅(qū)動(dòng)階段時(shí)，可以在CTRL的控制下先導(dǎo)通用作S2的NMOS管M3，再在EN的控制下導(dǎo)通用作開關(guān)S3的NMOS管M6。如此，即使M3沒有完全導(dǎo)通，使得Ml源極電壓被抬高，鉗位二極管D2也會(huì)將Ml的Ves限制在安全范圍內(nèi)，對(duì)Ml起到保護(hù)作用。另外，保護(hù)芯片TPS2491的GATE端在其芯片內(nèi)部也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的鉗位二極管，以避免來自另一個(gè)分支的驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)致M6損壞。比如，在CLASSA情況下，如圖3A-3B所示，由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)驅(qū)動(dòng)通知設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模 塊中的一個(gè)被先驅(qū)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)分支上的M6的Ves會(huì)被TPS2491 中的鉗位二極管鉗位，以免其損壞。
再者，在圖7所示的例子中，電阻R3和Rl能夠起到限流的作用。因此，如果MCU 的軟件出現(xiàn)故障而導(dǎo)致用作開關(guān) 元件SI和S2的MOS管Ml和M3同時(shí)導(dǎo)通，或者用作開關(guān)元件S3和S4的MOS管M6和M7同時(shí)導(dǎo)通，則通過上述兩個(gè)限流電阻可避免該MOS管因過流損壞。
此外，圖7還示出了用于根據(jù)監(jiān)測電壓大小來判斷是否出現(xiàn)故障的判斷電路730。 在圖7中，判斷電路730包括兩個(gè)比較器Ul和U2，比較器Ul和U2的參考電壓分別是Vl和 Vh,即監(jiān)測電壓的最小值和最大值。如此，通過將監(jiān)測電阻Rl上端點(diǎn)B處的監(jiān)測電壓Vb與 Vl和Vh進(jìn)行比較，可確定出如下情況如果Vl彡V彡Vh，則無故障；如果V < VI，則表明出現(xiàn)斷路故障；如果V > Vh則表明出現(xiàn)短路故障。采用如圖7所示的判斷電路730可方便地在監(jiān)測階段確定出通知設(shè)備的連接線路是否工作正常。
圖7中示例性地示出了驅(qū)動(dòng)子電路和判斷電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是， 根據(jù)實(shí)際需要，上述電路還可以采用其他結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，比如判斷電路可以采用A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)合軟件判斷的方式實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)子電路也可以采用其他結(jié)構(gòu)，比如直接選用合適的電平轉(zhuǎn)換器或MOS管驅(qū)動(dòng)器等等。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的NAC結(jié)構(gòu)。如圖9所示，NAC 80包括MCU800、多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊400-1至400-n，多個(gè)板上末端電阻Rlb至Rnb，多個(gè)配置電路510-1 至510-n。其中與圖3A-3B相同的是,第一板上末端電阻Rlb在第一配置電路510-1的控制 下可耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-1或與之?dāng)嚅_。與圖3A-3B不同的是，NAC 80不僅為驅(qū)動(dòng)模塊 400-1配備了配置電路和板上末端電阻，還為其他每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊配備了配置電路和板上末 端電阻，每個(gè)配置電路(510-1 510-n)的結(jié)構(gòu)與圖3A-3B所不的第一配置電路510-1基本 相同。例如，配置電路510-n可從MCU 800的輸出端例如PA. 7獲得連接方式選擇信號(hào)，且 響應(yīng)于該連接方式選擇信號(hào)，將第二板上末端電阻Rnb耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-n或與之?dāng)嚅_。
采用圖9所示的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇驅(qū)動(dòng)模塊400-1至400-n中的任意 兩個(gè)組合成為A類NAC，其中任意一個(gè)可被設(shè)置為主用驅(qū)動(dòng)模塊，另一個(gè)被設(shè)置為輔助驅(qū)動(dòng) 模塊。比如，當(dāng)選擇驅(qū)動(dòng)模塊400-1和400-n來構(gòu)成A類NAC，且選擇驅(qū)動(dòng)模塊400-1為輔 助驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，MCU 800從PA. 6輸出有效電平，從PA. 7輸出無效電平，從而配置電路510-1 將第一板上末端電阻Rlb耦合到驅(qū)動(dòng)模塊400-1，而配置電路510-n斷開板上末端電阻Rnb 到驅(qū)動(dòng)模塊400-n的連接。反之，如果選擇驅(qū)動(dòng)模塊400-n為A類NAC的輔助驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)， MCU 800從PA. 7輸出有效電平，從PA. 6輸出無效電平，從而配置電路510-1斷開第一板上 末端電阻Rlb到驅(qū)動(dòng)模塊400-1的連接，而配置電路510-n將板上末端電阻Rnb耦合到驅(qū)動(dòng) 模塊400-n的端口之間。當(dāng)所選連接方式為B類NAC時(shí)，PA. 6和PA. 7均無效，兩個(gè)配置電 路均斷開末端電阻到各自驅(qū)動(dòng)模塊的連接，即如當(dāng)前圖8所示。
采用如圖9所示的電路結(jié)構(gòu)，NAC可包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，且其中的任意兩個(gè)可被配 置成A類NAC。這使得通知設(shè)備的連接方式更加靈活，即，可適應(yīng)實(shí)際需要靈活搭配兩個(gè)驅(qū) 動(dòng)模塊用作A類NAC，而無需過多地人工參與。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一 個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說 明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解的其他實(shí)施方式。
以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合， 均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)電路，包括 一第一驅(qū)動(dòng)模塊(400-1)和一第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-2，400-n)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊具有兩個(gè)端口(NAC_P，NAC_N)，所述四個(gè)端口可按照第一線路連接方式(CLASS B)或第二線路連接方式(CLASS A)連接到負(fù)載，以在驅(qū)動(dòng)階段響應(yīng)于通知控制信號(hào)(CTRL，EN)而向所述負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)電流； 至少一個(gè)板上末端電阻(Rlb，Rnb)； 至少一個(gè)配置電路(510-1，510-n)，用于響應(yīng)于一線路連接方式選擇信號(hào)(CLASS_SET)，在所選為所述第二線路連接方式下僅將所述至少一個(gè)板上末端電阻(Rlb，Rnb)中之一耦合在所述第一驅(qū)動(dòng)模塊(400-1)和所述第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-2，400-n)中用作輔助驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)模塊兩個(gè)端口之間，而在所選為所述第一線路連接方式下斷開所述板上末端電阻(Rlb, Rnb)與所述第一或第二驅(qū)動(dòng)模塊之間的電連接； 其中，對(duì)于第一線路連接方式，在監(jiān)測階段，與所述板上末端電阻連接的用作輔助驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)模塊被禁用，而另一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊中的監(jiān)測電路響應(yīng)于一監(jiān)測控制信號(hào)(MON)而被啟動(dòng)以為所述負(fù)載提供與所述驅(qū)動(dòng)電流方向相反的監(jiān)測電流，且 其中，所述第一驅(qū)動(dòng)模塊(400-1)和第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-2，400-n)具有基本相同的電路結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一驅(qū)動(dòng)模塊(400-1)和第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-2,400-n)具有相同的驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生電路和驅(qū)動(dòng)電流回饋電路。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊配備有一個(gè)所述配置電路(510-1，510-n)和一個(gè)所述板上末端電阻(Rlb, Rnb)。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中所述配置電路(510-l，510-n)包括 受控開關(guān)電路(Ul，Un)，響應(yīng)于所述連接方式選擇信號(hào)(CLASS_SET1，CLASS_SETn)，而斷開或?qū)ㄋ霭迳夏┒穗娮枧c相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊之間的電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述受控開關(guān)電路(Ul，Un)包括光控開關(guān)管、繼電器、磁控開關(guān)和光稱中的任意之一。
6.如權(quán)利要求1-5中任一所述的電路，其中所述第一驅(qū)動(dòng)模塊(400-1)和第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-2，400-n)中每一個(gè)具有一非對(duì)稱的H橋結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其中所述非對(duì)稱的H橋結(jié)構(gòu)包括 一第一電源(410)，用于向所述負(fù)載輸出驅(qū)動(dòng)電流； 一第二電源(420)，用于在監(jiān)測階段，向所述負(fù)載輸出監(jiān)測電流，其中第一電源和第二電源均為相對(duì)于參考地(GND)的正電源電壓； 一 H橋電路(440)，其包括四個(gè)橋臂和一個(gè)橋支路，其中第一上橋臂的上端連接到所述第一電源(410)，第二上橋臂的上端連接到所述第二電源(420)，兩個(gè)下橋臂的下端均連接到所述參考地(GND)，且每個(gè)橋臂上設(shè)置有至少一開關(guān)元件(SI，S2，S3或S4)； 其中，響應(yīng)于所述通知控制信號(hào)(CTRL，EN)，第一上橋臂開關(guān)元件(S3)以及與之成對(duì)角的下橋臂開關(guān)元件(S2)導(dǎo)通，其他兩個(gè)橋臂上的開關(guān)元件關(guān)斷，從而向所述負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)電流； 響應(yīng)于所述監(jiān)測控制信號(hào)(MON)，第二上橋臂開關(guān)元件(SI)以及與之成對(duì)角的下橋臂開關(guān)元件(S4)導(dǎo)通，其他兩個(gè)兩個(gè)橋臂上的開關(guān)元件關(guān)斷，從而向所述負(fù)載提供與所述驅(qū)動(dòng)電流方向相反的監(jiān)測電流。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，還包括用于所述第一上橋臂開關(guān)元件(S3)的保護(hù)電路(610);且 響應(yīng)于來自所述保護(hù)電路的保護(hù)信號(hào)，所述第一上橋臂開關(guān)元件(S3)由導(dǎo)通切換成關(guān)斷。
其中所述保護(hù)電路(610)包括過流保護(hù)、過功率保護(hù)以及硬短路保護(hù)功能中任一或其任意組合。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其中所述保護(hù)電路(610)設(shè)計(jì)成在監(jiān)測階段將其漏電輸出端到所述H橋電路的連接斷開。
10.如權(quán)利要求7所述的電路，其中所述第二電源(420)包括穩(wěn)壓電路，用于從所述第一電源(410)獲得所述第二電源所需的電壓。
11.如權(quán)利要求7所述的電路，其中所述開關(guān)元件為場效應(yīng)管。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述第二上橋臂開關(guān)元件(SI)為PMOS場效應(yīng)管，其他橋臂上的開關(guān)元件(S2，S3，S4)為NMOS場效應(yīng)管。
13.如權(quán)利要求7所述的電路，還包括監(jiān)測電路，用于在監(jiān)測階段監(jiān)測所述反向監(jiān)測電流的大小。
14.一種通知設(shè)備電路，包括 微控制器(200，800)，用于產(chǎn)生連接方式選擇信號(hào)(CLASS_SET)，驅(qū)動(dòng)階段產(chǎn)生通知控制信號(hào)(CTRL，EN)，在監(jiān)測階段產(chǎn)生監(jiān)測控制信號(hào)(MON)以及接收故障輸入信號(hào)； 如權(quán)利要求1-13中任一所述的驅(qū)動(dòng)電路(30，80)，其響應(yīng)于來自所述微控制器(200，800)的連接方式選擇信號(hào)而進(jìn)行相應(yīng)的配置，且響應(yīng)于所述通知控制信號(hào)或監(jiān)測控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載的通知設(shè)備或監(jiān)測連接所述通知設(shè)備的線路是否出現(xiàn)故障。
15.如權(quán)利要求14所述的通知設(shè)備電路，其中所述微控制器(200，800)在屬于同一寄存器組的端口上向所述第一和第二驅(qū)動(dòng)模塊(400-l，400-2，400-n)發(fā)送所述通知控制信號(hào)(CTRL，EN)。
16.—種通知系統(tǒng),包括 一如權(quán)利要求14-15中任一所述的通知設(shè)備電路； 至少一個(gè)連接到所述通知設(shè)備電路的通知設(shè)備(110)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種驅(qū)動(dòng)電路，包括第一驅(qū)動(dòng)模塊和第二驅(qū)動(dòng)模塊，至少一個(gè)板上末端電阻和至少一個(gè)配置電路。在第一線路連接方式下，該配置電路可斷開板上末端電阻與驅(qū)動(dòng)模塊之間的耦合；且在監(jiān)測階段獨(dú)立啟用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊中的監(jiān)測電路。在第二線路連接方式下，該配置電路可僅將一個(gè)板上末端電阻耦合到所述第一和第二驅(qū)動(dòng)模塊中用作輔助驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)模塊端口上，同時(shí)該耦合有板上末端電阻的輔助驅(qū)動(dòng)模塊在監(jiān)測階段被禁用。其中第一和第二驅(qū)動(dòng)模塊具有基本相同的電路結(jié)構(gòu)。由此，即使在通知設(shè)備的線路出現(xiàn)斷路故障的情況下，這種驅(qū)動(dòng)電路也可使得分別由主用和輔助驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的通知設(shè)備的性能基本保持一致。
文檔編號(hào)G05B19/048GK103019143SQ20111028885
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者宜帆, 王華軍 申請(qǐng)人:西門子公司