ZHCAAF4C May 2021 – July 2022 ISO1176 , ISO1176T , ISO1410 , ISO1412 , ISO1430 , ISO1432 , ISO1450 , ISO1452 , ISO15 , ISO1500 , ISO3080 , ISO3082 , ISO3086 , ISO3086T , ISO3088 , ISO35 , ISO35T , ISOW1412 , ISOW1432
應(yīng)用簡報
RS-485 簡介
RS-485 是工業(yè)遠距離網(wǎng)絡(luò)中最廣泛應(yīng)用的有線接口之一。TIA/EIA-485-A 標準定義了 RS-485 接口的物理層。終端應(yīng)用使用與 Profibus、Modbus 或 BACnet 等協(xié)議耦合的 RS-485 接口。該接口的主要優(yōu)點包含：
- 平衡差分信號允許抑制共模噪聲，便于在有噪聲的工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)遠距離通信。
- 支持 –7V 至 12V 寬共模范圍，允許位于不同接地電位差的節(jié)點之間進行多點數(shù)據(jù)傳輸。
- 短距離的數(shù)據(jù)速率可高達 50Mbps，較低數(shù)據(jù)速率下的通信距離可長達 1000 米。
RS-485 的應(yīng)用包含電能表、電網(wǎng)保護繼電器、光伏逆變器、工廠自動化、電機控制和暖通空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)。
終端應(yīng)用中的隔離式 RS-485
圖 1-1 所示為 AC 電機驅(qū)動的典型方框圖：
圖 1-1 AC 電機驅(qū)動方框圖控制模塊通常通過 RS-485 物理層與可編程邏輯控制器 (PLC) 通信。在工廠環(huán)境中，交流驅(qū)動器和 PLC 之間的接地電位差 (GPD) 通常遠遠高于 RS-485 標準中建議的共模電壓范圍。在驅(qū)動系統(tǒng)中 RS-485 總線收發(fā)器的信號和電源線中，通常會引入電氣隔離，以斷開接地回路。這種技術(shù)允許在巨大 GPD 存在的情況下在驅(qū)動器和 PLC 之間傳輸數(shù)據(jù)。在這種情況下，RS-485 鏈路的基本隔離就足夠了，因為功率級中的高壓已經(jīng)與控制級隔離。由于存在感應(yīng)開關(guān)，RS-485 鏈路上的電快速瞬變脈沖群 (EFT) 也成為一個關(guān)鍵問題。
圖 1-2 顯示了光伏逆變器的典型實現(xiàn)方式。RS-485 用作逆變器與控制站之間的通信通道。配置和性能參數(shù)通過 RS-485 鏈路在控制站和逆變器之間傳輸。
圖 1-2 光伏逆變器實現(xiàn)在圖 1-2中，驅(qū)動逆變器級的控制模塊參考直流高壓。RS-485 鏈路連接到一個容易被觸及的連接器，必須受到保護以免受高壓的影響，保證操作人員的安全，并加強隔離。隨著對更高轉(zhuǎn)換效率的需求不斷增加，光伏逆變器正在設(shè)計更高的直流鏈路電壓，最高可達 1500V，這意味著 RS-485 通信的隔離柵需要更高的工作電壓。
其他性能注意事項
除了隔離之外，需要隔離式 RS-485 的系統(tǒng)具有以下關(guān)鍵要求：
- 差分輸出電壓擺幅：RS-485 接口上的差分擺幅越大，所允許的信噪比越高且覆蓋范圍越遠。 Profibus 兼容的收發(fā)器支持不低于 2.1V 的 VOD 且用于多個驅(qū)動器和工廠自動化系統(tǒng)。
- 對瞬態(tài)噪聲的魯棒性：在工廠車間或室外環(huán)境中運行的有線接口易受靜電放電、雷擊或電氣快速瞬態(tài)等瞬態(tài)噪聲的影響。一個穩(wěn)健的 RS-485 鏈路期望能經(jīng)受住這些嚴酷的瞬變，并使數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)損耗降至最低甚至為零。
- 熱插拔時無干擾上電/斷電：在 RS-485 網(wǎng)絡(luò)中，重要的是當新節(jié)點換入或換出網(wǎng)絡(luò)時，不得干擾兩個節(jié)點之間的總線上的現(xiàn)有通信。
新型隔離式 RS-485
ISO1410 是德州儀器 (TI) 最新推出的隔離式 RS-485/Profibus 收發(fā)器，具有上述所有功能。圖 1-3 所示為典型的應(yīng)用原理圖。該器件在邏輯側(cè)可在 1.71V 至 5.5V 之間工作，能夠與低壓 FPGA 和 ASIC 進行連接。寬總線側(cè)電源電壓范圍為 3V 至 5.5V ，消除了對穩(wěn)壓電源電壓的需求。該器件系列完全能夠在 –40°C 至 +125°C 的寬工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常工作，并采用 16 引腳寬體 SOIC 封裝（8mm 爬電距離/間隙）。
圖 1-3 應(yīng)用原理圖根據(jù) UL1577 標準，SiO2 隔離柵可承受 5kVRMS 的隔離耐受電壓，持續(xù) 60 秒。其有基本隔離版和增強隔離版可供選擇，如 表 1-1 所示。
| 特性 | ISO1410 | ISO1410B |
|---|---|---|
| 保護級別 | 增強版 | 基本版 |
| 符合 VDE 標準的浪涌測試電壓 | 10000VPK | 6000VPK |
| 符合 UL 標準的隔離等級 | 5000VRMS | 5000VRMS |
| 符合 VDE 標準的工作電壓 | 1000VRMS/1500VPK | 1000VRMS/1500VPK |
基于 SiO2 的隔離柵具有優(yōu)越的隔離性能，可耐受溫度和濕度。隔離工作電壓為 1500VPK ，使用壽命為 40 年，是行內(nèi)內(nèi)最高的，可用于 1500V 光伏逆變器和 690VAC 電機驅(qū)動系統(tǒng)。
ISO1410 的其他差異化特性包含：
- 片上 16kV IEC ESD（接觸放電）和 4kV IEC EFT 保護改進了針對瞬態(tài)事件的穩(wěn)健性。通過適當?shù)南到y(tǒng)設(shè)計及對隔離柵的使用，可以消除對總線上的外部保護元件的需求，并實現(xiàn) 4 級 EMC 保護。
- 共模瞬變抗擾度最低為 85kV/us，是行業(yè)內(nèi)最高的。這確保了在快速變化的共模噪聲存在的情況下通過隔離柵進行可靠的數(shù)據(jù)通信。
- 1/8 單位負載以支持總線上多達 256 個節(jié)點。
- 接收器失效防護電路在總線短路、開路或空閑條件下提供邏輯高輸出。這也消除了對傳統(tǒng)隔離式收發(fā)器中所需的 2 個偏置電阻的需求。
結(jié)論
ISO1410 器件提供集成以及卓越的系統(tǒng)級性能。該器件具有業(yè)業(yè)內(nèi)最高的工作電壓 (1500VPK)，并能耐受非常高的 IEC ESD 和 EFT。
這些特性使其成為對大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用（包括光伏逆變器和電機驅(qū)動器）來說極具吸引力的解決方案。該器件解決了終端設(shè)備設(shè)計人員在隔離 RS-485 端口時經(jīng)常面臨的關(guān)鍵問題，并能在嚴酷的工業(yè)環(huán)境中進行通信。
| 器件 | 優(yōu)化參數(shù) | 性能權(quán)衡 |
|---|---|---|
| ISOW1412 | 優(yōu)化參數(shù)：5kVRMS，500 kbps 隔離式 RS-485 收發(fā)器，具有集成的 DC/DC 換器 | 性能權(quán)衡：集成的低輻射 DC/DC 轉(zhuǎn)換器減少了布板空間并簡化了設(shè)計 |
| ISOW1432 | 優(yōu)化參數(shù)：5kVRMS，12Mbps 隔離式 RS-485 收發(fā)器，具有集成的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 | 性能權(quán)衡：集成的低輻射 DC/DC 轉(zhuǎn)換器減少了布板空間并簡化了設(shè)計 |