幾種實現485隔離電路方案對比),
雖然隔離能有效抑制高共模電壓,但總線上還可能存在浪涌、雷擊及短路等問題存在,所以在EMC等級要求比較高的系統中,需要在總線上再采取一定的保護措施。
典型電路中各部分功能如下:
R1作用:在應用系統工程的現場施工中,由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為120Ω左右,所以線路設計時,在 RS-485網絡傳輸線的始端需要接一個120Ω的匹配電阻,以減少線路上傳輸信號的反射。
R2/R3作用:A、B線之所以需要加上下拉電阻,是保證總線在不發送信號時(懸浮狀態),AB差分信號仍是確定狀態。避免雜訊影響,電阻取得小,則負載會加重。會影響485電路上節點數量,而取得大則會影響數據傳輸的波特率,取值一般在幾K。(由于 RS-485芯片的特性,接收器的檢測靈敏度為± 200mV,即差分輸入端 VA-VB ≥+200mV,輸出邏輯1,VA-VB ≤-200mV,輸出邏輯0;而 A、B 端電位差的絕對值小于200mV時,輸出為不確定。)
TVS作用:A、B各自對地接TVS管用作ESD防護,TVS管的作用原理是當管子兩端經受瞬態能量沖擊時能極快地將兩端阻抗降低,通過將能量吸收掉,從而將其兩端電壓鉗制在標稱電壓值上,保護后端器件。有些RS485芯片內部會在其內部集成TVS管,但受半導體工藝限制,集成在芯片內部的TVS管很難做到大功率,只能消除靜電,不能防雷擊和浪涌。
PTC1作用:部分系統要求RS485接口能耐受市電或者工業電直接接入,數分鐘通電不損壞。PTC在這里就是起這個保護作用,當強電接入時,PTC熱敏電阻迅速發熱,形成高阻,通過TVS管形成回路,保護后級電路。
延申閱讀:常見的485接口電路和保護電路(含實際應用參數)
RS-485總線標準是工業系統設備上應用最為廣泛的物理層協議之一。RS-485的主要特點:支持遠距離傳輸,長達4000英尺;雙向信號差分傳輸,提高信號的噪音抑制能力,并且允許一條總線上可以掛接多個發射器和接收器,信號傳輸為寬范圍電平-7V~+12V。
基于實際的應用,485接口線纜可能會暴露在機器外面甚至是戶外的情況,所以485接口芯片的實際耐受電壓或者耐受電流往往可能會超出芯片的要求,這就要求我們設計中常常需要設計防護電路對485接口芯片進行保護,避免損壞設備。
對此,電路一點通推薦一個常用的485防護電路,可以滿足日常工業的實際需求,對于一些防護要求更加苛刻的應用工況,可以選擇匹配的參數即可,電路拓撲基本一致。
485芯片選擇可以根據供電電壓、傳輸速率,是否隔離進行選擇。
接口的電路濾波設計要點:
1、L1為共模電感,共模電感能夠對衰減共模干擾,對單板內部的干擾以及外部的干擾都能抑制,能提高產品的抗干擾能力,同時也能減小通過485信號線對外的輻射,共模電感阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz,典型值選取1000Ω/100MHz;
2、C2、C3為濾波電容,給干擾提供低阻抗的回流路徑,能有效減小對外的共模電流以同時對外界干擾能夠濾波;電容容值選取范圍為22PF~1000pF,典型值選取100pF;若信號線對金屬外殼有絕緣耐壓要求,那么差分線對地的兩個濾波電容需要考慮耐壓;當電路上有多個節點時要考慮降低或去掉濾波電容的值。
3、C4和R6為接口地和數字地之間的跨接電容和接地電阻,典型取值為1000pF和1MΩ, C3容值可根據測試情況進行調整;
4、FDG1為三端氣體放電管組成第一級防護電路,用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾,防止干擾通過信號線影響下一級電路;
5、D2~D3為TVS管(半導體放電管)組成第三級防護電路,可以鉗住放電管后級別的過電壓。
一些更高防護等級要求可以在放電管和TVS管之間串入PTC1、PTC2為熱敏電阻組成第二級防護電路,典型取值為10Ω/2W;為保證氣體放電管能順利的導通,泄放大能量必須增加此電阻進行分壓,確保大部分能量通過氣體放電管走掉;
注:部分電路參數可以根據實際電路和測試需求進行調整。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:RS485保護電路設計各部分功能,常見接口電路和保護電路
文章出處:【微信號:電路一點通,微信公眾號:電路一點通】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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