工程師推薦:幾種常用工業設備端口的保護方案
發布時間:2013-11-13 來源:TI電路保護部應用工程師 責任編輯:eliane
【導讀】在工業環境中,每種設備通常都有很多人機接口和通信接口,而由於工業產品應用場合比較特殊,設備的端口容易遭受雷擊浪湧、靜電放電以及其他電磁問題引起的端口損壞,因此,本文為大家推薦幾種常用工業設備端口的保護方案,以幫助工程師們做好工業設備的端口保護。
RS-485端口6KV1.2/50us浪湧防護
RS-485總線標準是工業設備上應用最為廣泛的物理層協議之一,可用於過程控製網絡、工業自動化、遠程終端、樓宇自動化以及安防係統。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,提高信號的噪音抑製能力,並且允許一條總線上掛接多個發射器和接收器,信號傳輸為寬範圍電平-7V~+12V。
基於RS-485電性能參數,其典型高浪湧防護等級的解決方案為兩級防護,其中第一級可采用TE的GTCS25-900M-R05用於旁路大部分的雷擊電流,中間采用TRF250-120起到第一級和第二級保護的耦合器件;而第二級保護則可以采用鉗位電壓更為精確的TVS或crowbar模式的thyristor,將浪湧電壓殘壓降至最低範圍。圖1為TE應用於RS-485端口的典型應用解決方案。

圖1:RS-485端口典型浪湧防護解決方案
RJ45/POE端口的浪湧防護
RJ45/POE端口廣泛用於安防、視頻監控以及智能電網等工業係統,用以實現係統內的數據、視頻傳輸、流量控製、以及通過總線實現供電。由於工業以太網工作環境的嚴苛,對於RJ45/POE端口的電磁兼容的雷擊浪湧防護必不可少,通常接觸到的客戶對於交換機的以太網端口的雷擊電流防護高達4KV甚至更高的6KV10/700us浪湧電流保護能力。基於如此高的端口浪湧防護需求,TE基於1000MRJ45/POE端口的典型解決方案如圖2所示,該方案可以實現高達6KV的10/700us浪湧防護能力。

圖2:TE典型POE1000M以太網浪湧防護方案
[page]RJ11電話端口的浪湧防護
在POS機、ATM係統、安防係統中經常采用RJ11接口用於撥號上網、設備間或者與上位機之間的數據通信。RJ11接口的浪湧防護與RS-485等接口不同,由於RJ11的Tip和Ring信號線上振鈴電壓的存在,而該振鈴信號的最大電壓值可能超過100V,要求過圧保護元件的最小關斷電壓要高於振鈴信號的最大值,以保證設備的正常工作。圖3所示方案實現了電話線的浪湧防護和電力線搭碰測試需求。

圖3:RJ11端口典型浪湧&電力線搭碰解決方案
USB端口的靜電防護
隨著各種設備功能逐步強大,人機接口類型更加豐富和完善,USB端口逐漸成為越來越多設備的必備端口。比如PLC、DCS係統、安防係統、以及視頻監控係統。USB端口與其他通信端口不同,因為沒有浪湧過壓、過流造成的損壞危險,但是其支持熱插拔和頻繁操作,使其經常麵臨ESD的風險。IEC61000-4-2定義了ESD的測試等級和測試方法。通常消費類電子要求的ESD防護要求為8KV,TESESD係列產品采用業界主流的DFN封裝,從0201和0402的單通道產品,到1004的4通道陣列產品可支持高達20KV的接觸放電,以滿足工業產品高可靠性的需求。圖4是基於TESESD0402X1UN-0020-090的USB2.0靜電防護解決方案。

圖4:USB2.0典型保護方案
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