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隔离CAN收发器系列(单路 | 双路 | 防浪涌)
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隔离RS-232收发器系列(单路 | 双路 | 全功能)
总线保护器
总线保护器(功耗小 | 响应快 | 体积小)

新能源领域中的RS-485总线该如何保护呢?

“碳中和”是今年饱受热议的话题,而实现“碳中和”的关键元素之一就是大力发展新能源。在未来我国生态文明建设中,新能源中许多细分行业都会对“碳中和”做出卓越贡献。比如,光伏发电、风力发电、逆变储能等一系列产业将迎来蓬勃发展。 伴随着国家相关政策的出台,新能源产业链会更加健全,体系更加完善,为相关企业带来越来越多的便利之处。对此,致远电子针对新能源中的RS-485总线推出了相应的产品以及相关解决方案。 本文将重点介绍RS-485相关的总线保护电路方案。

1、常用RS-485保护电路

图 1保护电路1

如图 1所示的保护电路,气体放电管将接口处的大部分浪涌电流泄放,共模电感滤除共模信号的干扰,TVS进一步降低气体放电管后的残压,从而保护后级电路。RSM485ECHT模块应用图 1所示保护电路可以达到接触静电±8kV,共模浪涌±4kV,差模浪涌±2kV,满足大部分工业现场对RS-485节点静电和浪涌等级的要求。

图 1所示保护电路虽然保护能力较强,但其结电容较大, A-RGND或B-RGND结电容为2.5nF左右,当总线上有较多节点均使用图 1保护电路进行组网时,总线的电容量较大,信号反射以及信号边沿趋于平缓使信号质量变差,甚至会导致通信异常。

2、总线电容导致的信号反射问题

当信号在通信线上传输,到达RS-485节点上的保护电路时,保护电路的结电容使信号受到的瞬时阻抗发生变化,一部分信号将被反射,另一部分发生失真并继续传播下去。

图 2所示为RSM485ECHT单节点发送波形,图 3为RS-485总线接6个保护电路的示意图,每个节点之间的距离在30cm左右,使用双绞线手拉手连接,图 4和图 5分别为在总线上接6个图 1所示电路的波形测试点1和波形测试点6(图 3中标注的位置)的波形,波形的上升/下降时间变长,并且波形测试点1波形变成了台阶形状。

图2 RSM485ECHT单节点RS-485接口差分波形
图3 总线接6个保护电路连接示意图
图4RSM485ECHT接6个保护电路波形测试点1波形
图5RSM485ECHT接6个保护电路波形测试点6波形

RSM485ECHT的RS-485接口驱动能力较强,如下为使用相同测试条件测试市场上常用的RS-485收发器芯片测试波形,可以看出其波形已被严重干扰,且反射波形已到达RS-485芯片门限电平附近,有可能引起通信异常。因此在实际应用中应选择驱动能力较强的收发器。

图6 某RS-485收发器接6个保护电路波形测试点1波形
图7 某RS-485收发器接6个保护电路波形测试点6波形
3、低结电容保护电路

当通信节点数较多,可以使用如图 8所示保护电路,其A-RGND或B-RGND的结电容仅为20pF,虽然TVS结电容较大,但普通二极管结电容非常小,TVS与普通二极管的结电容为串联关系,因此可以减小保护电路的结电容。使用图 8进行图 3所示的组网,测试点1的波形如图 9所示,测试点6波形如图 10所示,波形基本未发生变化。

图8保护电路2(低结电容)
图9 RSM485ECHT接6个保护电路2波形测试点1波形
图10RSM485ECHT接6个保护电路2波形测试点6波形
4、总结

总线上挂载的保护电路会使信号受到的瞬时阻抗发生变化,导致信号反射,当总线上的节点数较多,总线的电容量较大,会对总线波形造成干扰,影响通信信号质量,因此为减小保护电路对总线通信的影响,在实际应用可以选择驱动能力较强的收发器,并且保护电路若使用图 1所示保护电路,应选择低结电容TVS,也可选择使用如图 8所示的低结电容保护电路。

致远电子作为国内总线隔离领导品牌,经过二十年的技术积累,面向新能源以及工业领域的RSM系列隔离收发器。RSM系列产品能有效解决总线干扰、通信异常等问题。与传统的设计相比, RSM系列产品内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、RS-485总线收发电路以及总线防护电路,具备高集成度与可靠性,能够有效帮助用户提升总线通信防护等级。

  • 波特率支持:500Kbps,115.2Kbps,9.6Kbps等
  • 节点数量:256个、128个、32个等
  • 通道数量:单路、双路、四路等
  • 工作温度:-40~85℃或-40~105℃
  • 隔离电压:2500VDC或3500VDC
  • Mini小体积或标准模块化封装
  • 外壳及灌封材料符合UL94 V-0标准
  • 具有低电磁辐射和高抗电磁干扰性