如何避免浪涌对通讯总线的影响?

2018-01-12 15:26:22 来源:ZLG致远电子
标签:
各位工程师在工业通讯现场,最担心的是通讯网络因浪涌产生的瞬态过压和过流,导致总线通讯网络出现发送错误信号甚至系统瘫痪的现象,为避免这一类事故的发生,在前期设计中应如何进行防护呢?这里将为你揭晓。
 
一、浪涌简介
在工业通讯现场,雷电过电压、落雷引发出的诱导雷浪涌,还有电源系统(特别是带很重的感性负载)开关切换引起的浪涌,这些浪涌产生的瞬态过压和过流,从而导致数据总线通讯网络瘫痪甚至使元器件发出错误的信号,会给用户带来很大的损失。现在防雷、防浪涌和防过电压这些都是总线设计必须考虑的因素,今天小编就和大家聊一聊常用总线防浪涌保护的那些事儿。
 
通常所说的防浪涌,有两个类型:一个是共模,一个差模。雷电或大电流切换时产生的浪涌一般是共模的,差模形式的浪涌往往是由于数据电缆附近有高压线经过,数据线缆和高压线之间因绝缘不良而产生的,虽然差模比共模产生的电压和电流小得多,但它不像共模那样只维持很短的时间,而会在数据通信网络中较长时间内稳定存在。光耦或磁耦器件标称的耐压是共模,也就是前端到后端之间的耐压。如果超过这个耐压,前端后端都一起烧坏;元器件不会标称差模的耐压,差模耐压能力由电路的设计决定,差模电压超过电路承受范围,前端烧坏,后端不会烧坏。
 
二、常规浪涌防护方案——分立方案
防浪涌电路通常分为隔离法和规避法。隔离法就是采用光耦合器或磁耦合器,将输入和输出信号隔离分开,只要浪涌产生的电压幅值不超过器件标称的值,光耦或磁耦就不会损坏,即使浪涌电压长时间存在也不会对隔离的设备产生损害。这类隔离法只能抑制共模形式的浪涌,不能抑制差模形式的浪涌。(这里说的浪涌,主要是由于落雷而发生的诱导雷浪涌、电路系统内浪涌等,直击雷不属于讨论范围)。
 
规避法就是主设备的地连在一起形成单点接地,一旦有浪涌出现就可安全转移浪涌能量,此外有必要增加一些抑制浪涌的器件。能将浪涌所产生的有害电流在到达数据端口前泄放到地回路中去的器件,主要有Tvs管、压敏电阻、气体放电管,它们都有一个钳位电压,一旦超过该钳位电压,器件就会在连接点之间产生一个低阻抗,从而转移有害的电流。
 
如果将隔离法和规避法相结合,就可以更好地保护系统。规避器件一方面可抑制浪涌保护隔离器件,也可以抑制总线上产生的差模形式浪涌。隔离器件抑制共模形式浪涌,保护主设备。两者相辅相成,能够更好地保护总线设备。
 
举个例子,CAN的接口防护一般是在收发器外加隔离保护器件,如光耦、磁耦等。为接口设计方便,我们可以使用一体化的收发器模块,和自主搭建电路比,使用方便,简化电路,环境适应性更强。这类加隔离模块防共模浪涌设计比较常见就不多做赘述了。这里重点谈一下增加差模形式浪涌防护的方法。常用规避保护的器件有GDT、TVS以及共模电感。如图1所示,GDT被放置于接口最前端,提供第一级的雷击浪涌防护。当雷击、浪涌产生时,GDT瞬间达到低阻状态,为瞬时大电流提供泄放通道,将CAN_H、CAN_L间电压钳制在二十几伏范围内。后端的TVS提供第二级浪涌防护,具体规格可根据需求选择。
 
图1增加防差模形式浪涌功能的CAN接口电路
 
三、高效浪涌防护方案——模块方案
上图所示的接口电路虽然能够提供有效的防护,但是需要引入较多的电子器件,这也就意味着接口电路将占用更多的PCB空间,若器件参数选择不合适易造成EMC问题。有没有更好的办法呢?致远电子已经为小伙伴们设计了专业的信号浪涌抑制器SP00S12,这种小体积模块采用灌封材料,结合致远隔离模块,使电路轻松满足IEC61000-4-5 ±4KV 的浪涌等级要求,可用于各种信号传输系统,抑制雷击、浪涌、过压等有害信号,对设备信号端口进行保护,非常适合于CAN、 RS-485 等通信领域的浪涌防护。具体如下图。
 
图2  CAN总线模块防浪涌应用电路
 
同样道理,为 SP00S12 应用于 RSM485PHT 串口通信中, 将 SP00S12 的信号端口与 RSM485PHT 模块的差分信号端口 A、 B 连接,则可使 485 通信端口满足 IEC61000-4-5 ±4KV 的浪涌等级要求。
 
图3  485模块防浪涌应用电路
 
四、方案总结对比
总结一下,各个方法的特点基本上是这样的:
 
表1 方案特点比较
 
 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
CAN采用了隔离依旧通讯异常怎么办?

各位工程师对于CAN总线隔离方案想必都极为熟悉,但可能会遇到CAN总线采用了隔离方案依旧通讯异常的情况。这一类问题应该怎么解决呢?本文将对各类方案电路原理为大家分析原因并提供相应解决方案。

逻辑分析仪的演进和优势分析

在科技时代里越来越多的电子装置出现,也越来越多的装置电子化,而在这些许许多多的装置就会需要相互沟通与控制以及传递讯息与数据等,因此这些装置成了相互关系或是主从关系。

台积电Q3报表喜人,季增23%
台积电Q3报表喜人,季增23%

台积电今(18)日召开法说会,并公告财报,第 3 季税后纯益为 890.7 亿元新台币,季增 23.2%,年减 0.9%,每股纯益为 3.44 元;前 3 季税后纯益为 2511.47 亿元,年增 3%,每股纯益 9.69 元,赚近一个股本。

厚翼科技START方案适用于高阶通讯开发应用

全球行动通讯的发展期望建设无缝连结的环境,让民众在智能网络通讯环境和万物相连,各家通讯芯片商也纷纷积极的发展与布局。欧美知名4G LTE芯片供货商,采用厚翼科技(HOY Technologies)START(SRAM Built-in Testing And Repairing Technology)解决方案在高阶LTE芯片产品中。

工程师:拼着命挣得那点儿钱换不回你健康的体魄

现代人太爱钱了,有的官员为了钱贪污受贿,有的商人为了钱铤而走险,我身边的大部分工程师为了钱拼命加班,不分昼夜。有句话叫“现在拿命赚钱,以后拿钱换命”,但是你觉得失去了健康用钱还能换回来吗?而有了钱你就幸福了吗?最近的一段经历让我感受很深,所以写出来分享给工程师朋友们。

更多资讯
目前华为已与多少国家签署了5G商用合约?

在10日的例行记者会上,中国外交部发言人陆慷在回答提问时提到,有一些国家的企业已经与华为签署了合作协议。 “具体是哪些国家呢?”对于记者的追问,陆慷说,已经有20多个国家的企业已经与华为签署了5G商用合约。

5G角逐不断加速,国产5G通信基站芯片通过认证,能带来哪些领域突破?

随着国内外电信运营5G服务纷纷铺开,5G角逐不断加速。10日揭幕的2018中国国际应用科技交易博览会上,国产5G通信基站GaN(氮化镓)功率放大器芯片,在中国发明成果转化研究院展区对外亮相。

北京市公交车因网络服务提供商暂停提供WiFi服务
北京市公交车因网络服务提供商暂停提供WiFi服务

近日,有读者给本报打来电话反映,他每天都乘坐公交车出行,上车之后他的手机就会显示自动连接车载无线网络,但实际上已经不能接入无线网络,所以他每次都得手动切换到手机自带的网络。他希望公交部门能够关闭车载无线网络发送设备,免去乘客切换网络。

降低宽带隙功率转换中的电磁干扰影响

功率转换中的宽带隙器件可以在几纳秒内开关,具有非常低的损耗。但这种高的开关速率也会导致电磁干扰(EMI)问题,因此必须采取特殊预防措施以确保无故障运行,并符合国际EMI辐射标准。

天空和空间全球签署与印度环球电信服务公司签订的具有约束力的经销商谅解备忘录

Sky and Space Global Signs Binding Reseller MoU Agreement with Globe Teleservices India

电路方案