應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

RS-485 簡(jiǎn)介

RS-485 是工業(yè)遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)包含：

1. 平衡差分信號(hào)允許抑制共模噪聲，便于在有噪聲的工業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。
2. 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(diǎn)之間進(jìn)行多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。
3. 短距離的數(shù)據(jù)速率可高達(dá) 50Mbps，較低數(shù)據(jù)速率下的通信距離可長(zhǎng)達(dá) 1000 米。

RS-485 的應(yīng)用包含電能表、電網(wǎng)保護(hù)繼電器、光伏逆變器、工廠自動(dòng)化、電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)的典型方框圖：

控制模塊通常通過(guò) 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(dòng)器和 PLC 之間的接地電位差 (GPD) 通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)中建議的共模電壓范圍。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 RS-485 總線收發(fā)器的信號(hào)和電源線中，通常會(huì)引入電氣隔離，以斷開(kāi)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(dòng)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?yàn)楣β始?jí)中的高壓已經(jīng)與控制級(jí)隔離。由于存在感應(yīng)開(kāi)關(guān)，RS-485 鏈路上的電快速瞬變脈沖群 (EFT) 也成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

圖 1-2 顯示了光伏逆變器的典型實(shí)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(guò) RS-485 鏈路在控制站和逆變器之間傳輸。

在圖 1-2中，驅(qū)動(dòng)逆變器級(jí)的控制模塊參考直流高壓。RS-485 鏈路連接到一個(gè)容易被觸及的連接器，必須受到保護(hù)以免受高壓的影響，保證操作人員的安全，并加強(qiáng)隔離。隨著對(duì)更高轉(zhuǎn)換效率的需求不斷增加，光伏逆變器正在設(shè)計(jì)更高的直流鏈路電壓，最高可達(dá) 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(xiàng)

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：

1. 差分輸出電壓擺幅：RS-485 接口上的差分?jǐn)[幅越大，所允許的信噪比越高且覆蓋范圍越遠(yuǎn)。 Profibus 兼容的收發(fā)器支持不低于 2.1V 的 V_OD 且用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。
2. 對(duì)瞬態(tài)噪聲的魯棒性：在工廠車(chē)間或室外環(huán)境中運(yùn)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(gè)穩(wěn)健的 RS-485 鏈路期望能經(jīng)受住這些嚴(yán)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。
3. 熱插拔時(shí)無(wú)干擾上電/斷電：在 RS-485 網(wǎng)絡(luò)中，重要的是當(dāng)新節(jié)點(diǎn)換入或換出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不得干擾兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行連接。寬總線側(cè)電源電壓范圍為 3V 至 5.5V ，消除了對(duì)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）。

根據(jù) UL1577 標(biāo)準(zhǔn)，SiO2 隔離柵可承受 5kV_RMS 的隔離耐受電壓，持續(xù) 60 秒。其有基本隔離版和增強(qiáng)隔離版可供選擇，如 表 1-1 所示。

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 1500V_PK ，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 690V_AC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

ISO1410 的其他差異化特性包含：

1. 片上 16kV IEC ESD（接觸放電）和 4kV IEC EFT 保護(hù)改進(jìn)了針對(duì)瞬態(tài)事件的穩(wěn)健性。通過(guò)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)及對(duì)隔離柵的使用，可以消除對(duì)總線上的外部保護(hù)元件的需求，并實(shí)現(xiàn) 4 級(jí) EMC 保護(hù)。
2. 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(guò)隔離柵進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通信。
3. 1/8 單位負(fù)載以支持總線上多達(dá) 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)。
4. 接收器失效防護(hù)電路在總線短路、開(kāi)路或空閑條件下提供邏輯高輸出。這也消除了對(duì)傳統(tǒng)隔離式收發(fā)器中所需的 2 個(gè)偏置電阻的需求。