【485總線防雷方案】_防雷之分立方案_高(gāo)效防雷之模塊方案
浪湧包括浪湧電流、浪湧電壓,它是指電路中瞬間出現超過正常工作電壓、電流的(de)現象。在工業通訊現場,雷電過電壓、落雷引發出的(de)誘導雷浪湧,還有(yǒu)電源系統(特别是帶很重的(de)感性負載)開關切換引起的(de)浪湧,這些浪湧産生的(de)瞬态過壓和(hé)過流,會導緻數據總線通訊網絡癱瘓甚至使元器件發出錯誤的(de)信号,會給用戶帶來很大的(de)損失。
先了解幾種典型的(de)瞬态騷擾:從表中可(kě)知,浪湧的(de)能量最高(gāo),過電流最大,因此危害性也是最大。
浪湧的(de)形成有(yǒu)兩個類型:一(yī)個是共模,一(yī)個差模。雷電或大電流切換時産生的(de)浪湧一(yī)般是共模的(de);差模形式的(de)浪湧往往是由于數據電纜附近有(yǒu)高(gāo)壓線經過,數據線纜和(hé)高(gāo)壓線之間因絕緣不良而産生的(de),會在數據通信網絡中較長(cháng)時間內(nèi)穩定存在。光耦或磁耦器件标稱的(de)耐壓是共模,也就是前端到後端之間的(de)耐壓。如(rú)果超過這個耐壓,前端後端都一(yī)起燒壞;元器件不會标稱差模的(de)耐壓,差模耐壓能力由電路的(de)設計決定,差模電壓超過電路承受範圍,前端燒壞,後端不會燒壞。
目前總線浪湧防護方案有(yǒu)兩種:采用分立元器件搭建或采用集成模塊。常規浪湧防護方案——分立方案
許多應用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級,IEC61000-4-5浪湧抗擾4級要求。一(yī)般的(de)收發器ESD、浪湧的(de)防護等級均比較低(dī),如(rú)CTM1051M隔離(lí)CAN收麼器的(de)隔離(lí)耐壓為(wèi)2500VDC,裸機(jī)情況下,ESD、浪湧等級均較低(dī),所以有(yǒu)必要增加外圍電路。
防浪湧電路通常分為(wèi):隔離(lí)法和(hé)規避法。隔離(lí)法:采用光耦合器或磁耦合器,将輸入和(hé)輸出信号隔離(lí)分開,這類隔離(lí)法隻能抑制共模形式的(de)浪湧,不能抑制差模形式的(de)浪湧。
規避法:主設備的(de)地(dì)連在一(yī)起形成單點接地(dì),一(yī)旦有(yǒu)浪湧出現就可(kě)安全轉移浪湧能量,此外有(yǒu)必要增加一(yī)些抑制浪湧的(de)器件,主要有(yǒu)Tvs管、壓敏電阻、氣體放電管。如(rú)果将隔離(lí)法和(hé)規避法相結合,就可(kě)以更好地(dì)保護系統。規避器件一(yī)方面可(kě)抑制浪湧保護隔離(lí)器件,也可(kě)以抑制總線上産生的(de)差模形式浪湧。隔離(lí)器件抑制共模形式浪湧,保護主設備。兩者相輔相成,能夠更好地(dì)保護總線設備。以CAN總線為(wèi)例,下圖是分立元器件形成的(de)外圍保護電路。
其中GDT置于最前端,提供一(yī)級防護,當雷擊、浪湧産生時,GDT瞬間達到低(dī)阻狀态,為(wèi)瞬時大電流提供洩放通道(dào),将CAN_H、CAN_L間電壓鉗制在二十幾伏範圍內(nèi)。實際取值可(kě)根據防護等級及器件成本綜合考慮進行(xíng)調整,R3與R4建議選用PTC,D1~D6建議選用快恢複二極管。參數表如(rú)下
高(gāo)效浪湧防護方案——模塊方案分立元器件方案雖然能夠提供有(yǒu)效的(de)防護,但是需要引入較多的(de)電子(zǐ)器件,這也就意味着接口電路将占用更多的(de)PCB空間,若器件參數選擇不合适易造成EMC問題。有(yǒu)沒有(yǒu)更簡潔的(de)防護設計呢(ne)?答案是肯定的(de)。可(kě)選擇引入專業的(de)信号浪湧抑制器SP00S12,可(kě)用于各種信号傳輸系統,抑制雷擊、浪湧、過壓等有(yǒu)害信号,對設備信号端口進行(xíng)保護。搭配ZLG的(de)全隔離(lí)CTM或SC系列的(de)隔離(lí)CAN收發器,如(rú)下圖。可(kě)極大程度的(de)提升産品的(de)集成度,于此同時極大程度的(de)縮小開發周期。
前面講到總線浪湧防護方案有(yǒu)兩種,接下來總結一(yī)下:
分立元器件方案:電子(zǐ)器件多、搭建麻煩、複雜、占用PCB空間、易造成EMC問題;
模塊方案:使用方便、節省PCB空間、簡化電路。
接下來做(zuò)一(yī)下浪湧抗擾度測試,檢驗一(yī)下浪湧抑制器是否滿足IEC61000-4-5±4KV防護要求,以共模浪湧測試為(wèi)例,在SP00S12輸入端加載4KV、1.2/50μs浪湧電壓,在輸出端測試壓降已被降低(dī)至17.1V,波形圖如(rú)下。
采用一(yī)體化的(de)高(gāo)浪湧防護隔離(lí)CAN收發器可(kě)以完全代替隔離(lí)CAN收發器與浪湧抑制器的(de)組合,如(rú)下圖。此方案将最大限度簡化電路設計、節省PCB空間、降低(dī)産品成本。它能夠防護4KV浪湧、15KV靜電的(de)同時還具備極佳的(de)EMC特性。
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