【導讀】RS-485收發(fā)器設計旨在應對惡劣的工作環(huán)境。除了能夠適應嘈雜的工廠環(huán)境外,RS-485收發(fā)器還可以在戶外環(huán)境中穩(wěn)定運行,抵御雷擊等導致的電壓浪涌對通信的干擾。
那么,您如何確信您的RS-485收發(fā)器能夠應對高電壓浪涌事件?
為幫助工程師確定系統(tǒng)的浪涌保護等級,國際電工委員會設立了IEC 61000-4-5浪涌標準。IEC 61000-4-5標準對戶外通信應用至關重要,如遠端射頻單元、空調(diào)單元和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)監(jiān)控攝像頭。
為確保您的系統(tǒng)能夠應對各種突發(fā)的自然狀況,您需要認真了解這一標準。本文重點介紹了防止系統(tǒng)免遭戶外浪涌因素影響的多種保護方法,同時還說明了如何優(yōu)化設計,實現(xiàn)節(jié)省空間、減少組件的效果。
在運行中實現(xiàn)浪涌保護
觀看視頻“RS-485通信的集成浪涌保護”,了解TI RS-485收發(fā)器如何幫助設計人員在惡劣環(huán)境中運行,同時消除外部系統(tǒng)保護組件。
什么是IEC 61000-4-5浪涌抗擾度標準?
IEC 61000-4-5浪涌標準是RS-485收發(fā)器必須通過的一項嚴苛測試;測試會模擬一次雷擊或工業(yè)浪涌。圖1對比了RS-485收發(fā)器需要執(zhí)行的三種常規(guī)測試。相比4kV的電快速瞬變脈沖群(EFT)(紫線)和10kV的靜電釋放(ESD)(藍線)測試,0.5kV的浪涌(紅線)的持續(xù)時間更長、能量更高(原因是電源阻抗較低)。
圖1:與EFT和ESD測試對比的浪涌測試
對受到戶外因素影響的系統(tǒng)來說,浪涌抗擾是一種常見的強制性要求。IEC浪涌測試模擬電流涌入收發(fā)器,并且有不同的IEC標準分類等級(詳見表1)。系統(tǒng)級設計通常需滿足二級(1kV測試)或三級(2kV測試)要求。
表1:IEC 61000-4-5浪涌類別
保護系統(tǒng)免受浪涌事件影響的方法有以下兩種:(1)復雜的離散式解決方案:使用RS-485收發(fā)器和一些外部保護組件,或(2)使用集成了浪涌保護功能的RS-485收發(fā)器。我們先看離散式方案的要求,然后再看TI最新的RS-485收發(fā)器——THVD1429(以及低速版THVD1419)如何簡化解決方案。
離散式浪涌保護
瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管、互補金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和氣體放電管等保護裝置常裝在收發(fā)器外部,目的是限制電壓、吸收浪涌電流。圖2所示為采用標準SN65HVD3082ERS-485收發(fā)器的RS-485 IEC ESD、EFT和浪涌保護參考設計,以及提供浪涌保護的其它外部組件。
圖2:采用離散式解決方案保護RS-485收發(fā)器,最多需要7個額外組件
采用這種方案,頭號難題就是使用額外組件進行設計。第二個難題是,滿足浪涌標準的保護裝置很少——因此,組件的選擇勢必困難重重,而且價格昂貴。
通過使用MOV(圖中第6、7)將電流導至地面,圖2的設置就能實現(xiàn)浪涌保護。瞬態(tài)阻斷單元(TBU)(圖中第4、5)可限制電流進入收發(fā)器。通過前面兩個階段的電流,還會受到TVS二極管(圖中第3)、限流電阻(R)(圖中第1、2)的進一步限制。圖2所示的這4級保護,需要在電路板上安裝共計7個額外組件。這會帶來更多麻煩,如設計和組件選擇的復雜度更高、所需的電路板空間更大、材料清單上的組件更多。
集成浪涌保護功能,降低設計復雜度
相比復雜、昂貴、占空間的設計以及多種外部保護組件,THVD1429可助您簡化系統(tǒng)。THVD1429是一款強大的RS-485收發(fā)器,集成了TVS保護,能承受2.5kV的浪涌。這款收發(fā)器無需外部保護組件,滿足IEC 61000-4-5的三級(2kV)標準。
圖3中所示的RS-485收發(fā)器的系統(tǒng)級設計,不同于圖2的離散式方案,這里采用的是集成式解決方案。這套解決方案不但省去了幾個外部保護組件,而且THVD1429符合行業(yè)標準的8引腳小型集成電路(SOIC-8)封裝還能快速、便捷地評估和升級當前的收發(fā)器。
圖3:采用THVD1429或THVD1419的集成解決方案(2.5kV浪涌保護)
除2.5kV的集成浪涌保護外,RS-485收發(fā)器系列還有多款其他常見類型的保護器,包括8kV的接觸放電ESD(IEC 61000-4-2)、4kV的EFT(IEC 61000-4-4)和16kV的人體模型ESD。這些收發(fā)器的片上保護功能大幅提升了設備和終端裝置的穩(wěn)定性。所以,無論您的目標是簡化設計、還是節(jié)省時間、節(jié)約電路板空間,亦或是減少材料、提升浪涌保護評級,THVD1429 RS-485接收器系列都能讓您的設計完美應對戶外挑戰(zhàn)。
其他資源
● 如需瀏覽THVD1429在多種數(shù)據(jù)速率和距離下的詳細實驗室數(shù)據(jù)和抖動測量結果,請參閱應用說明:“RS-485收發(fā)器的信號完整性與數(shù)據(jù)速率和電纜長度。”
● 如需了解EFT等其他類型的保護裝置,請參閱德州儀器在線支持社區(qū)博客系列:“什么是EFT?”
● 使用TI的“RS-485半雙工評估模塊用戶指南”評估THVD1429或其他TI RS-485收發(fā)器。
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