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[参考译文] THVD1400：通过变压器向 RS485添加电隔离

admin
Guru**** 2386600 points
Other Parts Discussed in Thread: THVD1400, THS6222, THVD2410
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1189247/thvd1400-adding-galvanic-isolation-to-rs485-with-transformer

器件型号：THVD1400
主题中讨论的其他器件： THS6222、 THVD2410

您好！

我正在为军用器件设计电缆接口。 我计划在通信线路上使用 RS485来提高抗噪性能、并选择 THVD1400来实现这一目标。

对于合规性测试(MIL-STD-461G)、该器件将承受一些非常强烈的共模浪涌、以模拟雷击瞬态。 系统需要处理最小1500V (电压脉冲)、t_rise 和6.4us t_fall。 它还需要处理2000A (电流脉冲)、40us t_rise 和200us t_fall。

我想通过使用变压器为 THVD1400添加电隔离。 这种类型的方法通常用于保护以太网接口免受瞬态的影响。 我认为这种方法适用于 RS485、但我在互联网上没有看到任何东西来确认是否会。

这些变压器是否会为 RS485通信带来失真风险？

是否有一种替代方案可以作为解决此问题的出色解决方案？

原理图如下：

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    TI__Guru**** 2386600 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Seth、

    因此这实际上取决于-我们有一个应用手册、其中使用变压器实现高电压接口 (https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slla590/slla590.pdf?ts=1674486505737)、但我们有一个额外的高速线路驱动器来驱动低阻抗负载。  

    在一般应用中、在线路上放置变压器有一些问题：

    在查看标准 RS-485实施方案(120欧姆双绞线和2个总线上的端接电阻器、每端一个等于120欧姆、以防止反射)时、变压器会增加电感负载、这将导致阻抗不匹配。 变压器的漏电感也会增加整个系统的衰减。 在该应用中、阻抗匹配并不重要、因为总线与信号波长相比较短、因此您应该能够在设计中采用集总线电路模型。 但线路上的 LRC 组件可能会导致一些失真。

    2. 除了潜在的衰减外，另一个问题是从驱动器中查看的阻抗。 变压器将具有电感值(我认为您列出的电感值是475uH)如果 TX 和 RX 具有差分端接、变压器和475uH 的最大数据速率(500kbps ~250kHz)也会加载驱动器 为~120欧姆-对于变压器和终端电阻器、阻抗需要大于54欧姆-在该系统中、似乎不符合要求。 如果是这种情况、则可以使用额外的线路驱动器(我们以前使用过 THS6222)来驱动负载。

    由于此器件的最大数据速率较低(500Kbps)、因此变压器内核可能会饱和并导致重大的 EMC/EMI 问题或损坏变压器的平均信号或连续逻辑高电平(或低电平)情况。 对于较低的数据速率、最好添加编码方案、尽可能从数据信号中删除"DC"电平-这可能会限制带宽-或者验证变压器在运行时不会饱和-我无法从中真正看出 变压器数据表在应用中可能存在的问题的程度。

    我还对  应用本身做了一些说明。

    虽然我们没有您所寻求的特定保护的参考资料、但在任何保护场景中、我们通常都建议您使用从 B 到 GND 以及从 A 到 GND 的保护二极管、以帮助分流任何多余的电流 在电路中的其他位置衰减、因为 THVD1400需要将 A 或 B 处的电压保持在+/-16V 之间以防止损坏。 您添加的所有其他保护(共模扼流圈和滤波电容器)是常见的、因此我在这里看不到问题。

    此外、还建议将保护二极管串联抗脉冲电阻器~10至100欧姆(对于端接电阻器之前的每个节点、在 A 和 B 上)用于浪涌瞬变。  

    隔离总线上的50欧姆电阻器有点相关、因为变压器不会升高/降低太多、因此线路上的额外100欧姆电阻可能会导致通信中断、除非额外的线路驱动器通过升压电压来驱动 A 大电流(如果这些电阻器的存在原因匹配-我认为它们是-但如果我错了、请纠正)  

    最后、我建议 THVD2410 -它与该器件非常相似、但具有+/-70V 故障额定值-这有助于为系统添加一层保护。 我们还有一些浪涌额定值器件-不是照明螺栓的浪涌-但集成浪涌二极管很可能对系统有利-因此、如果您有理由选择1400、请告知我、因为我认为我们可能会更好 适用于这些类型应用的器件(需要注意的重要事项是电压电源和数据速率-如果有特定需求)。

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我将看到我可以做什么！

    最棒的

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 2386600 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Parker、

    感谢您的及时和彻底响应。 我已将您的所有建议考虑在内、并完全重新设计了保护电路。

    下面是我提出的内容：

    我认为 THVD2410可以很好地替代 THVD1400、尤其是因为它是引脚对引脚的替代产品。 遗憾的是、此器件没有库存、因此我尝试选择具有可靠库存的器件。

    我正在对隔离变压器进行拆分、并将其替换为两个电压钳位元件：一个钳位到12V 的 TVS 和一个钳位到12V 但允许650V+脉冲的 GDT。 之间是一个脉冲保护电阻器。

    我稍微关注一下脉冲保护电阻器的电感和 TVS 二极管的电容。 数据表中没有给出这些值、因此我很难量化它们对 THVD1400通信可能产生的影响。 有一些非电感版本的脉冲耐受电阻器、但它们没有库存。 可能必须订购、并在很长的交货时间内用餐。

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    TI__Guru**** 2386600 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Seth、

    我理解您所做的更改。

    一个问题：

    1.您计划使用什么值终止总线？  

    我的主要问题是通信-在电流设置下、驱动器将在 A 和 B 之间看到~97欧姆(假设标准端点值为120欧姆)的阻抗(没关系)-问题归结为接收器将看到的情况。 97欧姆非常接近我们的 RS-422 VOD 规格(使用100欧姆负载) 在典型值为2.5V 且最小值为2V 的情况下-如果在最小条件下出现这种情况、接收器将处于~|430mV|-它可以接收到该值、但裕度远低于以前的值。 如果您不使用120欧姆电阻作为端接电阻、那么这可能不是什么大问题。 在器件的最大数据速率下、您可以忽略总线长度为50英尺时基波、二次谐波和三次谐波的传输线路影响 (您实际上不需要担心长达60m 和50ft ~15米、因此您可能会在第4次谐波中开始看到一些反射 、因此少量能量可能仍能够反射到非阻抗匹配系统中。 这意味着您可能不需要在该系统中使用终端、并消除了总线衰减问题。  

    通常、我们还建议将防脉冲电阻器放置在 TVS 二极管之前(在 THVD1400和 TVS 二极管之间)、以帮助保护收发器的输入-由于 TVS 二极管之后的滤波、这在该系统中可能没有必要、 但我确实想指出这一点、只是作为一个注释。

    我会尽量减小电感-通常我会在此应用中推荐非电感绕线电阻器-通常我们建议使用厚膜-但由于应用的原因、我会倾向于非电感绕线。 我不关心 TVS 二极管电容、因为电缆通常比 TVS 二极管具有更多的电容-有边缘情况-但通常我们不会在短总线的点对点应用中看到 TVS 二极管的电容问题。  

    请告诉我。

    最棒的

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 2386600 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    传输线的特性阻抗为99欧姆、因此我计划将其用于端接电阻值以减少反射。 但是、考虑到波长和相对较短的导线、我认为反射不是问题。 我甚至可以将波特率降低到100kbps。 我将移除终端电阻器。

    我认为、如果您将电阻器网络(Rt = 120)视为戴维南等效电压(A 和 B 之间的 VOD 为2V)、我理解您是如何达到~97欧姆的。 但是、如果您移除端接电阻器、A 线和 B 线将分开、那么在这种情况下、我如何计算等效电阻(从驱动器的角度来看)？ 接收器的输入阻抗是否已知？ 我注意到 THVD1400数据表中的图6-1为此使用375欧姆电阻器。 如果使用该值、则我计算出1150欧姆(驱动器 A 和 B 两端)的等效电阻、1.74mA 的电流以及接收器两端1.3V 的电压。 不确定这是否正确...

    我可以减小绕线电阻器的电阻、但它们会受到更高电流脉冲的影响。 我必须将电阻器加倍以共享脉冲。 这不是最好的做法、但如果需要、我会这样做以保持可靠的通信。

    我将确保获得非电感版本的电阻器。

    我将在收发器的输入端添加10欧姆厚膜电阻器。 它们不需要像100欧姆绕线电阻器那样重负荷。

    我想我们在这里有一个可行的解决方案。 总之、我将进行以下更改：

    • 移除端接电阻器
    • 向收发器输入端子添加10欧姆防脉冲电阻器
    • 确保使用非电感电阻器

    如果我误解了您的任何陈述、或者我在上面的计算中出错、请告诉我。 感谢您的反馈。

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    TI__Guru**** 2386600 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Seth、

    因此、如果端接被移除、驱动器基本上被馈入一个高阻抗负载-这就是为什么如果端接被移除、短总线/慢数据速率很重要、这是因为可以反射的能量很小-但很可能会有更高的能量 顺序反射仍然存在。 接收器的输入阻抗是"已知的"、但未明确说明。

    快速计算方法是使用支持的节点数(对于此器件为256)和乘以375、因为这是1/8单位负载器件(96K)的标准阻抗

    2.更准确的观点是获取输入总线电流并除以数据表中所述的输入电压、并使用线性回归来估算典型和最坏情况、因为在工作范围内、输入电流变化是相当线性的。  

    因此、对于该器件、-7V 时的总线输入电流通常为-70uA (100K)、12V 为75uA (160K)、最坏情况下-7V 为-97uA (~72K) 、12V 为100uA (120K)

    由于电阻随电压变化、因此很难实现阻抗匹配-短总线/移除端接电阻器情形适用于不会产生大量能量的系统、在100kbps 时、将反射的谐波中的能量可以忽略不计。 本质上、在该低速时、反射将来自差分信号的上升时间/下降时间 -这也不应是很大的影响、因为该器件通常已经更慢了-因此我不会预计系统中会出现太多反射 (但可能会有一些问题-但我怀疑这会妨碍沟通)

    是的-您获得了我认为在设计中应该很重要的所有建议更改、我认为我们一致-如果您有任何其他问题、请告诉我、我将看到我可以做什么。

    最棒的

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 2386600 points
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    很棒！ 再次感谢您的帮助。 这就是我更喜欢 TI 产品^^的原因