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新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2021-08-02 來源:ZLG致遠(yuǎn)電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著“碳中和”概念普及,光伏、風(fēng)力、儲能等行業(yè)再度迎來風(fēng)口。而作為這些行業(yè)的常用通訊接口,RS-485往往需要添加保護(hù)電路來保障通訊穩(wěn)定,本文將為大家介紹一種多節(jié)點(diǎn)環(huán)境的保護(hù)電路方案。
 
“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、逆變儲能等一系列產(chǎn)業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展。
 
而作為新能源領(lǐng)域中設(shè)備間通訊的一種常用接口,RS-485總線在應(yīng)用中經(jīng)常需要添加外圍保護(hù)電路來抵御高等級的靜電或浪涌帶來的影響,保障自身通訊穩(wěn)定。但工程師通常會使用氣體放電管和TVS管搭建防護(hù)電路,該電路的結(jié)電容較高,在節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)將會影響總線通訊。針對此問題,本文將為大家介紹一種低結(jié)電容的外圍電路設(shè)計(jì)方案參考。
 
本文將重點(diǎn)介紹RS-485相關(guān)的總線保護(hù)電路方案。
 
常用RS-485保護(hù)電路
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
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。
 
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波形變成了臺階形狀。  
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 2  RSM485ECHT單節(jié)點(diǎn)RS-485接口差分波形
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 3  總線接6個(gè)保護(hù)電路連接示意圖
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 4  RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路波形測試點(diǎn)1波形
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 5  RSM485ECHT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)動能力較強(qiáng)的收發(fā)器。
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
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
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
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
 
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。
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 8  保護(hù)電路2(低結(jié)電容)
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 9  RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路2波形測試點(diǎn)1波形
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
圖 10  RSM485ECHT接6個(gè)保護(hù)電路2波形測試點(diǎn)6波形
 
總結(jié)
 
總線上掛載的保護(hù)電路會使信號受到的瞬時(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)域推出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。
 
新能源領(lǐng)域中的多節(jié)點(diǎn)RS-485總線保護(hù)電路應(yīng)用
 
●    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。
 
 
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