在這些實際的係統中，雷擊
、電源波動、感(gan)應(ying)開(kai)關(guan)和(he)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)會(hui)通(tong)過(guo)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)瞬(shun)變(bian)電(dian)壓(ya)對(dui)通(tong)信(xin)端(duan)口(kou)造(zao)成(cheng)損(sun)害(hai)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)設(she)備(bei)不(bu)僅(jin)能(neng)在(zai)理(li)想(xiang)條(tiao)件(jian)下(xia)工(gong)作(zuo)
，而(er)且(qie)能(neng)夠(gou)在(zai)實(shi)際(ji)可(ke)能(neng)遇(yu)到(dao)的(de)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)下(xia)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

 

我們的示例帶有機械臂控製，並使用電子護欄增能器直接將真實浪湧脈衝施加在通信線路上
，以此演示RS-485網絡解決方案的穩定性。

 

 

在電機控製網絡上演示RS-485 EMC保護電路和EVAL-CN0313-SDP設計工具，該網絡由3個節點組成：一個機械臂控製節點、一個遠程控製例程節點，以及一個監控來自PC總線數 據的節點。機械臂節點通過ADuC7128微控製器的PWM輸出信號控製機械臂中的伺服電機
，微控製器通過ezLINX™板上的CAN接收控製信息並作出響應


，通過RS-485 EMC板上的UART轉換至/自RS-485數據。遠程控製例程包括一個BF548 EZ-KIT®，允許選擇觸摸屏和回放例程，並再次通過CAN接口和ezLINX板轉換至/自RS-485。PC節點包含係統演示平台板


，通過USB與PC軟件對接；還包含UART，可與RS-485 EMC板對接。圖1顯示了帶有電子護欄能源機的三節點網絡功能框圖。

 

圖1. 帶電子護欄能源機的RS-485三節點網絡功能框圖

 

來自電子護欄能源機的8 kV瞬態電壓會直接注入通信總線的A和B線路(波形如圖2所示)。該設備設計為可電氣化60 km護欄(如將牲畜圍在某一區域內)。由於本演示是將PCB裸板安裝在Perspex®顯示屏上，不提供用於PCB接地的接地底座，因此將接地電纜屏蔽層連接至PCB接地
，提供最直接的接地回路。切斷開關(圖3照片中心位置的黃色部分)提供耐高壓的機械開關，用於兩次演示之間斷開護欄能源機。這樣，能源機就可以累積足夠的電荷用於下一次演示的全8 kV放電。

 

圖2. 來自電子護欄能源機的8 kV瞬態電壓

 

圖3. 帶電子護欄能源機的RS-485三節點網絡框圖演示

 

耦合瞬態電壓後，可以直接觀察到氣體放電管(GDT)的動作
，因為每次放電都會點亮氣體放電管(GDT)，與護欄能源機產生的聽得見的哢嚓聲同步。這些GDT將瞬態產生的主要能量分流至地，但僅在瞬態電壓抑製器(TVS)以及全集成式浪湧保護器(TISP)作出更快速的響應之後才會執行該操作
，從而使全部三種類型的保護器件共同作用，保護ADM3485ERS-485收發器。

 

 

為了確保這些設計能夠在“真實世界”的環境下工作
，各個政府機構和監管機構實施了EMC法規。如果設計符合這些法規，可以讓最終用戶確信它們在惡劣的電氣環境下也能正常工作。

 

IEC 61000規範定義了一組EMC抗擾度要求，適用於在住宅
、商業和輕工業環境中使用的電氣和電子設備。這組規範包括以下三種類型的高電壓瞬變

，設計人員必須確保數據通信線路不受它們損害：

 

 

所有這些規範都定義了測試方法，用以評估設備對指定現象的耐受性。值得注意的是，ESD和單個EFT脈衝具有類似的波形特征，因而具有相似的能級。但是，電湧脈衝的能級比ESD和EFT脈衝高三至四個數量級，因而它是三者中破壞性最強的一個。由於ESD和EFT之zhi間jian的de相xiang似si性xing
，相xiang應ying的de電dian路lu保bao護hu設she計ji也ye很hen相xiang似si，但dan是shi由you於yu電dian湧yong的de能neng量liang大da
，因yin此ci必bi須xu采cai取qu不bu同tong的de處chu理li方fang式shi。在zai開kai發fa保bao護hu電dian路lu時shi，如ru果guo既ji要yao保bao持chi成cheng本ben效xiao益yi，又you要yao提ti高gao數shu據ju端duan口kou針zhen對dui這zhe三san種zhong瞬shun變bian的de抗kang擾rao度du，這zhe就jiu是shi主zhu要yao問wen題ti之zhi一yi。

 

 

就特性而言，EMC瞬態事件在時間上會有變化，因此保護元件必須具有動態性能
，而且其動態特性需要與受保護器件的輸入/輸出極相匹配，這樣才能實現成功的EMC設計。器件數據手冊一般隻包含直流數據，由於動態擊穿和I/V特性可能與直流值存在很大差異，因此這些數據沒有太多價值。必須進行精心設計並確定特性，了解受保護器件的輸入/輸出級的動態性能，並且使用保護元件，才能確保電路達到EMC標準。

 

ADI公司和Bourns，Inc.攜手合作，共同開發了業界首個EMC兼容RS-485接口設計工具，提供針對IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4 EFT和IEC 61000-4-5電(dian)湧(yong)的(de)四(si)級(ji)保(bao)護(hu)，從(cong)而(er)擴(kuo)展(zhan)麵(mian)向(xiang)係(xi)統(tong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)組(zu)合(he)。這(zhe)款(kuan)工(gong)具(ju)根(gen)據(ju)所(suo)需(xu)保(bao)護(hu)級(ji)別(bie)和(he)可(ke)用(yong)預(yu)算(suan)為(wei)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)提(ti)供(gong)相(xiang)應(ying)的(de)設(she)計(ji)選(xuan)項(xiang)。借(jie)助(zhu)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)工(gong)具(ju)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)在(zai)設(she)計(ji)周(zhou)期(qi)之(zhi)初(chu)考(kao)慮(lv)EMC問題，從而降低該問題導致的項目延誤風險。

 

圖4所示電路顯示了三種不同的完整特性EMC兼容解決方案。每個解決方案都經過獨立外部EMC兼容性測試公司的認證，各方案使用精選的Bourns外部電路保護元件，針對ADI公司具有增強ESD保護性能的ADM3485E3.3 V RS-485收發器提供不同的成本/保護級別。所用的Bourns外部電路保護元件包括瞬變電壓抑製器(CDSOT23-SM712)、瞬變閉鎖單元(TBU-CA065-200-WH)、晶閘管電湧保護器(TISP4240M3BJR-S)和氣體放電管(2038-15-SM-RPLF)。

 

圖4. 三個EMC兼容ADM3485E電路(原理示意圖
，未顯示所有連接)

 

每個解決方案都經過特性測試，確保保護元件的動態I/V性能可以保護ADM3485E RS-485總線引腳的動態I/V特性。ADM3485E的輸入/輸出級之間的交互，配合外部保護元件，共同防止受到瞬態事件的損害。三個不同電路提供的保護級別如表1所示。

 

表1. 三種ADM3485E EMC兼容解決方案

 

 

使用EVAL-CN0313-SDPZ提供的解決方案
，能夠有效保護RS-485接口免受真實世界的高壓瞬態影響。將機器人控製網絡暴露在電子護欄能源機的電荷下可提供穩定的電路板演示性能。在設計麵向RS-485網絡的EMC兼容解決方案時，主要難題是讓外部保護元件的動態性能與RS-485器件輸入/輸出結構的動態性能相匹配。本文介紹了適用於RS-485通信端口的三種不同EMC兼容解決方案，設計人員可按照所需的保護級別選擇保護方案。EVAL-CN0313-SDPZ是業界首個EMC兼容RS-485客戶設計工具，針對ESD、EFT和電湧提供最高四級保護(包括四級)。雖然這些設計工具不能取代所需的係統級嚴格評估和專業資質
，但能夠讓設計人員在設計周期早期降低由於EMC問題導致的項目延誤風險，從而縮短產品設計時間和上市時間。

 

本文轉載自亞德諾半導體。








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