“碳中和”是今年飽受熱議的話(huà)題，而實(shí)現“碳中和”的關(guān)鍵元素之一就是大力發(fā)展新能源。在未來(lái)我國生態(tài)文明建設中，新能源中許多細分行業(yè)都會(huì )對“碳中和”做出卓越貢獻。比如，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、逆變儲能等一系列產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)蓬勃發(fā)展。

 

而作為新能源領(lǐng)域中設備間通訊的一種常用接口，RS-485總線(xiàn)在應用中經(jīng)常需要添加外圍保護電路來(lái)抵御高等級的靜電或浪涌帶來(lái)的影響，保障自身通訊穩定。但工程師通常會(huì )使用氣體放電管和TVS管搭建防護電路，該電路的結電容較高，在節點(diǎn)數較多時(shí)將會(huì )影響總線(xiàn)通訊。針對此問(wèn)題，本文將為大家介紹一種低結電容的外圍電路設計方案參考。

 

本文將重點(diǎn)介紹RS-485相關(guān)的總線(xiàn)保護電路方案。

 

常用RS-485保護電路

 

圖 1  保護電路1

 

如圖 1所示的保護電路，氣體放電管將接口處的大部分浪涌電流泄放，共模電感濾除共模信號的干擾，TVS進(jìn)一步降低氣體放電管后的殘壓，從而保護后級電路。RSM485ECHT模塊應用圖 1所示保護電路可以達到接觸靜電±8kV，共模浪涌±4kV，差模浪涌±2kV，滿(mǎn)足大部分工業(yè)現場(chǎng)對RS-485節點(diǎn)靜電和浪涌等級的要求。

 

圖 1所示保護電路雖然保護能力較強，但其結電容較大， A-RGND或B-RGND結電容為2.5nF左右，當總線(xiàn)上有較多節點(diǎn)均使用圖 1保護電路進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，總線(xiàn)的電容量較大，信號反射以及信號邊沿趨于平緩使信號質(zhì)量變差，甚至會(huì )導致通信異常。

 

總線(xiàn)電容導致的信號反射問(wèn)題

 

當信號在通信線(xiàn)上傳輸，到達RS-485節點(diǎn)上的保護電路時(shí)，保護電路的結電容使信號受到的瞬時(shí)阻抗發(fā)生變化，一部分信號將被反射，另一部分發(fā)生失真并繼續傳播下去。

 

圖 2所示為RSM485ECHT單節點(diǎn)發(fā)送波形，圖 3為RS-485總線(xiàn)接6個(gè)保護電路的示意圖，每個(gè)節點(diǎn)之間的距離在30cm左右，使用雙絞線(xiàn)手拉手連接，圖 4和圖 5分別為在總線(xiàn)上接6個(gè)圖 1所示電路的波形測試點(diǎn)1和波形測試點(diǎn)6（圖 3中標注的位置）的波形，波形的上升/下降時(shí)間變長(cháng)，并且波形測試點(diǎn)1波形變成了臺階形狀。  

 

圖 2  RSM485ECHT單節點(diǎn)RS-485接口差分波形

 

圖 3  總線(xiàn)接6個(gè)保護電路連接示意圖

 

圖 4  RSM485ECHT接6個(gè)保護電路波形測試點(diǎn)1波形

 

圖 5  RSM485ECHT接6個(gè)保護電路波形測試點(diǎn)6波形

 

RSM485ECHT的RS-485接口驅動(dòng)能力較強，如下為使用相同測試條件測試市場(chǎng)上常用的RS-485收發(fā)器芯片測試波形，可以看出其波形已被嚴重干擾，且反射波形已到達RS-485芯片門(mén)限電平附近，有可能引起通信異常。因此在實(shí)際應用中應選擇驅動(dòng)能力較強的收發(fā)器。

 

圖 6  某RS-485收發(fā)器接6個(gè)保護電路波形測試點(diǎn)1波形

 

圖 7  某RS-485收發(fā)器接6個(gè)保護電路波形測試點(diǎn)6波形

 

低結電容保護電路

 

當通信節點(diǎn)數較多，可以使用如圖 8所示保護電路，其A-RGND或B-RGND的結電容僅為20pF，雖然TVS結電容較大，但普通二極管結電容非常小，TVS與普通二極管的結電容為串聯(lián)關(guān)系，因此可以減小保護電路的結電容。使用圖 8進(jìn)行圖 3所示的組網(wǎng)，測試點(diǎn)1的波形如圖 9所示，測試點(diǎn)6波形如圖 10所示，波形基本未發(fā)生變化。

 

圖 8  保護電路2（低結電容）

 

圖 9  RSM485ECHT接6個(gè)保護電路2波形測試點(diǎn)1波形

 

圖 10  RSM485ECHT接6個(gè)保護電路2波形測試點(diǎn)6波形

 

總結

 

總線(xiàn)上掛載的保護電路會(huì )使信號受到的瞬時(shí)阻抗發(fā)生變化，導致信號反射，當總線(xiàn)上的節點(diǎn)數較多，總線(xiàn)的電容量較大，會(huì )對總線(xiàn)波形造成干擾，影響通信信號質(zhì)量，因此為減小保護電路對總線(xiàn)通信的影響，在實(shí)際應用可以選擇驅動(dòng)能力較強的收發(fā)器，并且保護電路若使用圖 1所示保護電路，應選擇低結電容TVS，也可選擇使用如圖 8所示的低結電容保護電路。

 

致遠電子作為國內總線(xiàn)隔離領(lǐng)導品牌，經(jīng)過(guò)二十年的技術(shù)積累，面向新能源以及工業(yè)領(lǐng)域推出RSM系列隔離收發(fā)器。RSM系列產(chǎn)品能有效解決總線(xiàn)干擾、通信異常等問(wèn)題。與傳統的設計相比， RSM系列產(chǎn)品內置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、RS-485總線(xiàn)收發(fā)電路以及總線(xiàn)防護電路，具備高集成度與可靠性，能夠有效幫助用戶(hù)提升總線(xiàn)通信防護等級。

 

 

●    波特率支持：500Kbps，115.2Kbps，9.6Kbps等；

●    節點(diǎn)數量：256個(gè)、128個(gè)、32個(gè)等；

●    通道數量：?jiǎn)温?、雙路、四路等；

●    工作溫度：-40~85℃或-40~105℃；

●    隔離電壓：2500VDC或3500VDC；

●    Mini小體積或標準模塊化封裝；

●    外殼及灌封材料符合UL94 V-0標準；

●    具有低電磁輻射和高抗電磁干擾性。

 

 

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