四種工業設備埠的保護方案解析

2020-12-05 電子發燒友

四種工業設備埠的保護方案解析

csdn 發表於 2020-11-06 16:33:18

在工業環境中,每種設備通常都有很多人機接口和通信接口,而由於工業產品應用場合比較特殊,設備的埠容易遭受雷擊浪湧、靜電放電以及其他電磁問題引起的埠損壞,因此,本文為大家推薦幾種常用工業設備埠的保護方案,以幫助工程師們做好工業設備的埠保護。

RS-485埠6KV1.2/50us浪湧防護

RS-485總線標準是工業設備上應用最為廣泛的物理層協議之一,可用於過程控制網絡、工業自動化、遠程終端、樓宇自動化以及安防系統。RS-485的主要特點:支持遠距離傳輸,長達4000英尺;雙向信號差分傳輸,提高信號的噪音抑制能力,並且允許一條總線上掛接多個發射器和接收器,信號傳輸為寬範圍電平-7V~+12V。

基於RS-485電性能參數,其典型高浪湧防護等級的解決方案為兩級防護,其中第一級可採用TE的GTCS25-900M-R05用於旁路大部分的雷擊電流,中間採用TRF250-120起到第一級和第二級保護的耦合器件;而第二級保護則可以採用鉗位電壓更為精確的TVS或crowbar模式的thyristor,將浪湧電壓殘壓降至最低範圍。圖1為TE應用於RS-485埠的典型應用解決方案。

圖1:RS-485埠典型浪湧防護解決方案

RJ45/POE埠的浪湧防護

RJ45/POE埠廣泛用於安防、視頻監控以及智能電網等工業系統,用以實現系統內的數據、視頻傳輸、流量控制、以及通過總線實現供電。由於工業乙太網工作環境的嚴苛,對於RJ45/POE埠的電磁兼容的雷擊浪湧防護必不可少,通常接觸到的客戶對於交換機的乙太網埠的雷擊電流防護高達4KV甚至更高的6KV10/700us浪湧電流保護能力。基於如此高的埠浪湧防護需求,TE基於1000MRJ45/POE埠的典型解決方案如圖2所示,該方案可以實現高達6KV的10/700us浪湧防護能力。

圖2:TE典型POE1000M乙太網浪湧防護方案

RJ11電話埠的浪湧防護

在POS機、ATM系統、安防系統中經常採用RJ11接口用於撥號上網、設備間或者與上位機之間的數據通信。RJ11接口的浪湧防護與RS-485等接口不同,由於RJ11的Tip和Ring信號線上振鈴電壓的存在,而該振鈴信號的最大電壓值可能超過100V,要求過圧保護元件的最小關斷電壓要高于振鈴信號的最大值,以保證設備的正常工作。圖3所示方案實現了電話線的浪湧防護和電力線搭碰測試需求。

圖3:RJ11埠典型浪湧&電力線搭碰解決方案

USB埠的靜電防護

隨著各種設備功能逐步強大,人機接口類型更加豐富和完善,USB埠逐漸成為越來越多設備的必備埠。比如PLC、DCS系統、安防系統、以及視頻監控系統。USB埠與其他通信埠不同,因為沒有浪湧過壓、過流造成的損壞危險,但是其支持熱插拔和頻繁操作,使其經常面臨ESD的風險。IEC61000-4-2定義了ESD的測試等級和測試方法。通常消費類電子要求的ESD防護要求為8KV,TESESD系列產品採用業界主流的DFN封裝,從0201和0402的單通道產品,到1004的4通道陣列產品可支持高達20KV的接觸放電,以滿足工業產品高可靠性的需求。圖4是基於TESESD0402X1UN-0020-090的USB2.0靜電防護解決方案。

圖4:USB2.0典型保護方案

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