RS485總線節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)保護(hù)

電氣過(guò)應(yīng)力所致功能失靈帶來(lái)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間產(chǎn)生的巨額費(fèi)用使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)保護(hù)變得非常有必要，特別是靜電放電、電感開(kāi)關(guān)和雷擊所引起的電氣瞬態(tài)的保護(hù)。因此，國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 定義了三種瞬態(tài)抑制測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，旨在保證測(cè)試期間和測(cè)試后電路的正確運(yùn)行。

　　本文簡(jiǎn)要介紹了這些測(cè)試，并建議使用工業(yè) RS-485 線纜和低電容瞬態(tài)電壓抑制器為您的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)提供一種最有效的方法。

　　瞬態(tài)抑制測(cè)試系列

　　我們將討論三種 IEC 標(biāo)準(zhǔn)：

　　靜電放電 (ESD) 抗擾度 (IEC61000-4-2)

　　電氣快速瞬態(tài) (EFT) 抗擾度，或猝發(fā)抗擾度 (IEC61000-4-4)

　　浪涌抗擾度 (IEC61000-4-5)

　　ESD 測(cè)試模擬了人體的靜電放電對(duì)電子設(shè)備的影響。ESD 發(fā)生器產(chǎn)生的測(cè)試脈沖為短歷時(shí)(100ns 以下)脈沖，并有一個(gè)約 1ns 的快速上升時(shí)間。盡管這種測(cè)試脈沖為低能量，但可以形成許多毀滅性的高電流，其足以毀壞一個(gè)收發(fā)器的內(nèi)部保護(hù)電路。一個(gè)最小 ESD 測(cè)試序列由 20 次放電、10 個(gè)正極脈沖、10 個(gè)負(fù)極脈沖，以及每個(gè)脈沖之間的一秒暫停間隔組成。

　　猝發(fā)測(cè)試模擬了電感開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)回跳等引起的日常開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。相比單測(cè)試脈沖的 ESD 測(cè)試，猝發(fā)發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完整序列的測(cè)試脈沖(稱作一個(gè)猝發(fā))。每個(gè)猝發(fā)包括約 15000 個(gè)瞬態(tài)。一個(gè)完整測(cè)試序列的六個(gè) 10s 猝發(fā)(相互之間的暫停間隔為 10s)可在一分鐘內(nèi)產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)次脈沖。一次單脈沖持續(xù)時(shí)間很短(請(qǐng)參見(jiàn)圖 1b)，因此能量較低，但這種對(duì)收發(fā)器完全無(wú)休止的瞬態(tài)轟擊，會(huì)給其內(nèi)部保護(hù)單元帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

　　浪涌測(cè)試是所有測(cè)試中最嚴(yán)格的測(cè)試，因?yàn)樗M了雷電引起的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的瞬態(tài)比 ESD 或猝發(fā)瞬態(tài)長(zhǎng)約 1000 倍。另外，發(fā)生器的低源阻抗允許高壓下的高浪涌電流，從而代表高能量脈沖。由于其高能量成份，測(cè)試序列一般由五次正浪涌脈沖和五次負(fù)浪涌脈沖(一分鐘或更短時(shí)間脈沖之間存在時(shí)間間隔)組成。

　　圖 1 ESD(左)、猝發(fā)(中間)和浪涌脈沖(右)舉例

　　注釋：電流和電壓被標(biāo)準(zhǔn)化。若要了解絕對(duì)值，請(qǐng)參考實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。

　　保護(hù)總線節(jié)點(diǎn)

　　選擇低成本的 CAT5 工業(yè) RS-485 線纜或者平帶 (flat-band) 線纜可以消除引入總線線路的主要瞬態(tài)能量。Belden 3107A(請(qǐng)參見(jiàn)圖 2)等線纜具有編織屏蔽作用，可以極大地降低耦合至信號(hào)導(dǎo)線中的噪聲。更低的信號(hào)線噪聲，意味著對(duì)下列保護(hù)電路的瞬態(tài)影響更小。