您的收发器能在户外正常通信吗?

作者:德州仪器Kaitlyn Mazzarella

RS-485收发器设计旨在应对恶劣的工作环境。除了能够适应嘈杂的工厂环境外,RS-485收发器还可以在户外环境中稳定运行,抵御雷击等导致的电压浪涌对通信的干扰。

那么,您如何确信您的RS-485收发器能够应对高电压浪涌事件?

为帮助工程师确定系统的浪涌保护等级,国际电工委员会设立了IEC 61000-4-5浪涌标准。IEC 61000-4-5标准对户外通信应用至关重要,如远端射频单元、空调单元和互联网协议(IP)监控摄像头。

为确保您的系统能够应对各种突发的自然状况,您需要认真了解这一标准。本文重点介绍了防止系统免遭户外浪涌因素影响的多种保护方法,同时还说明了如何优化设计,实现节省空间、减少组件的效果。

在运行中实现浪涌保护

观看视频“RS-485通信的集成浪涌保护”,了解TI RS-485收发器如何帮助设计人员在恶劣环境中运行,同时消除外部系统保护组件。

什么是IEC 61000-4-5浪涌抗扰度标准?

IEC 61000-4-5浪涌标准是RS-485收发器必须通过的一项严苛测试;测试会模拟一次雷击或工业浪涌。图1对比了RS-485收发器需要执行的三种常规测试。相比4kV的电快速瞬变脉冲群(EFT)(紫线)和10kV的静电释放(ESD)(蓝线)测试,0.5kV的浪涌(红线)的持续时间更长、能量更高(原因是电源阻抗较低)。

图1:与EFT和ESD测试对比的浪涌测试 

对受到户外因素影响的系统来说,浪涌抗扰是一种常见的强制性要求。IEC浪涌测试模拟电流涌入收发器,并且有不同的IEC标准分类等级(详见表1)。系统级设计通常需满足二级(1kV测试)或三级(2kV测试)要求。

1IEC 61000-4-5浪涌类别

保护系统免受浪涌事件影响的方法有以下两种:(1)复杂的离散式解决方案:使用RS-485收发器和一些外部保护组件,或(2)使用集成了浪涌保护功能的RS-485收发器。我们先看离散式方案的要求,然后再看TI最新的RS-485收发器——THVD1429(以及低速版THVD1419)如何简化解决方案。

离散式浪涌保护

瞬态电压抑制(TVS)二极管、互补金属氧化物压敏电阻(MOV)和气体放电管等保护装置常装在收发器外部,目的是限制电压、吸收浪涌电流。图2所示为采用标准SN65HVD3082ERS-485收发器的RS-485 IEC ESD、EFT和浪涌保护参考设计,以及提供浪涌保护的其它外部组件。

2:采用离散式解决方案保护RS-485收发器,最多需要7个额外组件

采用这种方案,头号难题就是使用额外组件进行设计。第二个难题是,满足浪涌标准的保护装置很少——因此,组件的选择势必困难重重,而且价格昂贵。

通过使用MOV(图中第6、7)将电流导至地面,图2的设置就能实现浪涌保护。瞬态阻断单元(TBU)(图中第4、5)可限制电流进入收发器。通过前面两个阶段的电流,还会受到TVS二极管(图中第3)、限流电阻(R)(图中第1、2)的进一步限制。图2所示的这4级保护,需要在电路板上安装共计7个额外组件。这会带来更多麻烦,如设计和组件选择的复杂度更高、所需的电路板空间更大、材料清单上的组件更多。

集成浪涌保护功能,降低设计复杂度

相比复杂、昂贵、占空间的设计以及多种外部保护组件,THVD1429可助您简化系统。THVD1429是一款强大的RS-485收发器,集成了TVS保护,能承受2.5kV的浪涌。这款收发器无需外部保护组件,满足IEC 61000-4-5的三级(2kV)标准。

图3中所示的RS-485收发器的系统级设计,不同于图2的离散式方案,这里采用的是集成式解决方案。这套解决方案不但省去了几个外部保护组件,而且THVD1429符合行业标准的8引脚小型集成电路(SOIC-8)封装还能快速、便捷地评估和升级当前的收发器。

3采用THVD1429THVD1419的集成解决方案(2.5kV浪涌保护)

除2.5kV的集成浪涌保护外,RS-485收发器系列还有多款其他常见类型的保护器,包括8kV的接触放电ESD(IEC 61000-4-2)、4kV的EFT(IEC 61000-4-4)和16kV的人体模型ESD。这些收发器的片上保护功能大幅提升了设备和终端装置的稳定性。所以,无论您的目标是简化设计、还是节省时间、节约电路板空间,亦或是减少材料、提升浪涌保护评级,THVD1429 RS-485接收器系列都能让您的设计完美应对户外挑战。

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