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新能源領(lǐng)域中的RS-485總線該如何保護(hù)呢?

“碳中和”是今年飽受熱議的話題,而實(shí)現(xiàn)“碳中和”的關(guān)鍵元素之一就是大力發(fā)展新能源。在未來我國生態(tài)文明建設(shè)中,新能源中許多細(xì)分行業(yè)都會(huì)對“碳中和”做出卓越貢獻(xiàn)。比如,光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、逆變儲(chǔ)能等一系列產(chǎn)業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展。 伴隨著國家相關(guān)政策的出臺(tái),新能源產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)更加健全,體系更加完善,為相關(guān)企業(yè)帶來越來越多的便利之處。對此,致遠(yuǎn)電子針對新能源中的RS-485總線推出了相應(yīng)的產(chǎn)品以及相關(guān)解決方案。 本文將重點(diǎn)介紹RS-485相關(guān)的總線保護(hù)電路方案。

1、常用RS-485保護(hù)電路

圖 1保護(hù)電路1

如圖 1所示的保護(hù)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(hù)后級電路。RSM485ECHT模塊應(yīng)用圖 1所示保護(hù)電路可以達(dá)到接觸靜電±8kV,共模浪涌±4kV,差模浪涌±2kV,滿足大部分工業(yè)現(xiàn)場對RS-485節(jié)點(diǎn)靜電和浪涌等級的要求。

圖 1所示保護(hù)電路雖然保護(hù)能力較強(qiáng),但其結(jié)電容較大, A-RGND或B-RGND結(jié)電容為2.5nF左右,當(dāng)總線上有較多節(jié)點(diǎn)均使用圖 1保護(hù)電路進(jìn)行組網(wǎng)時(shí),總線的電容量較大,信號反射以及信號邊沿趨于平緩使信號質(zhì)量變差,甚至?xí)?dǎo)致通信異常。

2、總線電容導(dǎo)致的信號反射問題

當(dāng)信號在通信線上傳輸,到達(dá)RS-485節(jié)點(diǎn)上的保護(hù)電路時(shí),保護(hù)電路的結(jié)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(xù)傳播下去。

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

圖2 RSM485ECHT單節(jié)點(diǎn)RS-485接口差分波形
圖3 總線接6個(gè)保護(hù)電路連接示意圖
圖4RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路波形測試點(diǎn)1波形
圖5RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路波形測試點(diǎn)6波形

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

圖6 某RS-485收發(fā)器接6個(gè)保護(hù)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(hù)電路波形測試點(diǎn)6波形
3、低結(jié)電容保護(hù)電路

當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)數(shù)較多,可以使用如圖 8所示保護(hù)電路,其A-RGND或B-RGND的結(jié)電容僅為20pF,雖然TVS結(jié)電容較大,但普通二極管結(jié)電容非常小,TVS與普通二極管的結(jié)電容為串聯(lián)關(guān)系,因此可以減小保護(hù)電路的結(jié)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(hù)電路2(低結(jié)電容)
圖9 RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路2波形測試點(diǎn)1波形
圖10RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路2波形測試點(diǎn)6波形
4、總結(jié)

總線上掛載的保護(hù)電路會(huì)使信號受到的瞬時(shí)阻抗發(fā)生變化,導(dǎo)致信號反射,當(dāng)總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多,總線的電容量較大,會(huì)對總線波形造成干擾,影響通信信號質(zhì)量,因此為減小保護(hù)電路對總線通信的影響,在實(shí)際應(yīng)用可以選擇驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)的收發(fā)器,并且保護(hù)電路若使用圖 1所示保護(hù)電路,應(yīng)選擇低結(jié)電容TVS,也可選擇使用如圖 8所示的低結(jié)電容保護(hù)電路。

致遠(yuǎn)電子作為國內(nèi)總線隔離領(lǐng)導(dǎo)品牌,經(jīng)過二十年的技術(shù)積累,面向新能源以及工業(yè)領(lǐng)域的RSM系列隔離收發(fā)器。RSM系列產(chǎn)品能有效解決總線干擾、通信異常等問題。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比, RSM系列產(chǎn)品內(nèi)置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、RS-485總線收發(fā)電路以及總線防護(hù)電路,具備高集成度與可靠性,能夠有效幫助用戶提升總線通信防護(hù)等級。

  • 波特率支持:500Kbps,115.2Kbps,9.6Kbps等
  • 節(jié)點(diǎn)數(shù)量:256個(gè)、128個(gè)、32個(gè)等
  • 通道數(shù)量:單路、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(biāo)準(zhǔn)模塊化封裝
  • 外殼及灌封材料符合UL94 V-0標(biāo)準(zhǔn)
  • 具有低電磁輻射和高抗電磁干擾性