“碳中和”是今年飽受熱議的話題，而實現“碳中和”的關鍵元素之一就是大力發展新能源。在未來我國生態文明建設中，新能源中許多細分行業都會對“碳中和”做出卓越貢獻。比如
，光伏發電
、風力發電、逆變儲能等一係列產業將迎來蓬勃發展。

 

而作為新能源領域中設備間通訊的一種常用接口
，RS-485總zong線xian在zai應ying用yong中zhong經jing常chang需xu要yao添tian加jia外wai圍wei保bao護hu電dian路lu來lai抵di禦yu高gao等deng級ji的de靜jing電dian或huo浪lang湧yong帶dai來lai的de影ying響xiang，保bao障zhang自zi身shen通tong訊xun穩wen定ding。但dan工gong程cheng師shi通tong常chang會hui使shi用yong氣qi體ti放fang電dian管guan和heTVS管(guan)搭(da)建(jian)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)，該(gai)電(dian)路(lu)的(de)結(jie)電(dian)容(rong)較(jiao)高(gao)，在(zai)節(jie)點(dian)數(shu)較(jiao)多(duo)時(shi)將(jiang)會(hui)影(ying)響(xiang)總(zong)線(xian)通(tong)訊(xun)。針(zhen)對(dui)此(ci)問(wen)題(ti)，本(ben)文(wen)將(jiang)為(wei)大(da)家(jia)介(jie)紹(shao)一(yi)種(zhong)低(di)結(jie)電(dian)容(rong)的(de)外(wai)圍(wei)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)方(fang)案(an)參(can)考(kao)。

 

本文將重點介紹RS-485相關的總線保護電路方案。

 

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湧電流泄放，共模電感濾除共模信號的幹擾


，TVS進一步降低氣體放電管後的殘壓，從而保護後級電路。RSM485ECHT模塊應用圖 1所示保護電路可以達到接觸靜電±8kV，共模浪湧±4kV，差模浪湧±2kV
，滿足大部分工業現場對RS-485節點靜電和浪湧等級的要求。

 

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，當總線上有較多節點均使用圖 1保護電路進行組網時
，總線的電容量較大，信號反射以及信號邊沿趨於平緩使信號質量變差
，甚至會導致通信異常。

 

總線電容導致的信號反射問題

 

當信號在通信線上傳輸
，到達RS-485節點上的保護電路時，保護電路的結電容使信號受到的瞬時阻抗發生變化

，一部分信號將被反射，另一部分發生失真並繼續傳播下去。

 

圖 2所示為RSM485ECHT單節點發送波形，圖 3為RS-485總線接6個保護電路的示意圖，每個節點之間的距離在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個圖 1所示電路的波形測試點1和波形測試點6（圖 3中標注的位置）的波形，波形的上升/下降時間變長，並且波形測試點1波形變成了台階形狀。  

 

圖 2  RSM485ECHT單節點RS-485接口差分波形

 

圖 3  總線接6個保護電路連接示意圖

 

圖 4  RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點1波形

 

圖 5  RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點6波形

 

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

 

圖 6  某RS-485收發器接6個保護電路波形測試點1波形

 

圖 7  某RS-485收發器接6個保護電路波形測試點6波形

 

低結電容保護電路

 

當通信節點數較多，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關係
，因此可以減小保護電路的結電容。使用圖 8進行圖 3所示的組網
，測試點1的波形如圖 9所示
，測試點6波形如圖 10所示
，波形基本未發生變化。

 

圖 8  保護電路2（低結電容）

 

圖 9  RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點1波形

 

圖 10  RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點6波形

 

總結

 

總(zong)線(xian)上(shang)掛(gua)載(zai)的(de)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)會(hui)使(shi)信(xin)號(hao)受(shou)到(dao)的(de)瞬(shun)時(shi)阻(zu)抗(kang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)，當(dang)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)節(jie)點(dian)數(shu)較(jiao)多(duo)，總(zong)線(xian)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)較(jiao)大(da)
，會(hui)對(dui)總(zong)線(xian)波(bo)形(xing)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)，影(ying)響(xiang)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)，因(yin)此(ci)為(wei)減(jian)小(xiao)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)對(dui)總(zong)線(xian)通(tong)信(xin)的(de)影(ying)響(xiang)，在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)較(jiao)強(qiang)的(de)收(shou)發(fa)器(qi)
，並(bing)且(qie)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)若(ruo)使(shi)用(yong)圖(tu) 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隔離領導品牌
，經過二十年的技術積累，麵向新能源以及工業領域推出RSM係列隔離收發器。RSM係列產品能有效解決總線幹擾
、通信異常等問題。與傳統的設計相比， RSM係列產品內置完整的隔離DC-DC電路
、信號隔離電路、RS-485總線收發電路以及總線防護電路，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等級。

 

 

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

●    節點數量：256個、128個
、32個等
；

●    通道數量：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幹擾性。

 

 

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