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機房智能櫃方案

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瞬態浪湧防護解決方案HZP-30MR PLC RS-485係統

發布時間:2014-06-07 16:19:42     被瀏覽:

現行多項數據傳送協議皆可與不同遙控器件進行通信,其數據內容信號基本上以串行方式傳遞,而距離則從幾米到一千米以上,這些國際標準規範包含TIA/EIA-485, TIA/EIA-232,TIA/EIA-422, 現場總線, CAN總線, PROBUS, INTERBUSLVDS等。

其中RS-485差分通信接口將送/收之信號線結合,共同使用同一對傳輸線,傳輸線總長度更可達1.5公裏之譜,具有因應工業現場通信節點多、位置分散、通信距離遠及使用最少線材等要求,故非常適合應用於工廠的程控;又由於程控係統設計之安裝和調試過程中需承受嚴苛條件,在瞬態浪湧和雷擊等條件下亦要能夠繼續工作;基於此,美商柏恩Bouns設計出一個完整解決方案如HZP-30MR PLC TBU High-Speed Protector HSP), MOV(金屬氧化物壓敏電阻),GDT(氣體放電管),TVS(瞬態電壓抑製器)等,協助設計工程師有效提高RS-485接口的瞬態浪湧防護等級。

RS-485常應用於樓宇自動售貨機,安防監控係統等,其特點為短距離傳輸時速度為35Mbps,長距離時速度可達100 kbps. RS-485係統更堅固於其他傳輸形式,其信號采用二線製的差分信號,即一條導線上的電壓是另一條導線電壓的取反值,接收器輸入電壓為兩跟導線電壓的差值,由於兩條線路傳遞之電流大小相同、方向相反故具有較強的抗共模幹擾能力,例如地幹擾或者馬達的感應噪聲等。同時它采用較高於常用通信係統的電壓使它比其他通信網路和係統更加堅固。

但由於外界環境或者大的感性負載等原因,瞬態脈衝和浪湧也會在其數據在線產生,而在長距離傳輸中亦容易發生線錯接或短路等問題,這都將導致其性能下降而影響到整個係統的數據傳輸。

每個串口設計都要服從推薦的電壓範圍,RS-485 定義了保護的多少當其電壓超過-7V12V.如果環境要求總線要承受24V,那麽額外的保護措施是必要且需符合其原有標準。美國HZP-30MR PLC可以提供各種不同種類的過電流,過電壓線路保護技術。具體器件選擇取決於實際應用及工作電路之具體要求。

RS-485 界麵的防護

次級保護方案

RS-485之電路保護解決方案常包含一個TVS二極管數組,這種單級保護方案可有效地嵌位信號總線上瞬態的脈衝電流。HZP-30MR PLCCDSOT23-SM712為單顆雙向組件,當電壓超過了-7V12V時,提供RS-485過電壓保護;TVS二極管和一個串聯電阻Rx的網絡來實現低等級的保護,適合RS-485係統之室內應用。而其封裝方式采用100%錫製接點,並與無鉛製程兼容,符合許多工業和政府關於無鉛零組件的規範。

三級防護方案

隨著瞬態能量增加,單級保護方案則顯得不足;在任何形式的線路中,電力線串擾和高能量脈衝皆為明顯之挑戰,TVS二極管及電阻所形成之單級保護方案,僅能抵擋中低級別瞬態電壓,但電力線串擾與大電流發生時,則無法發揮保護功能;此時,采用TVS次極防護,搭配HZP-30MR PLC TBU HSP用來協調匹配,MOV或者GDT用於初級保護之三級防護模式提供絕佳解決方案,大大提升RS-485防護等級。

三級防護模式不僅能夠實現較大瞬態能量的保護,對於傳輸距離影響最小,更節省所需之版麵空間,解決主板麵到臨空間不足的問題。該防護方案利用不同元器件相互協同合作達到有效的電路防護。MOVGDT之作用為保護HZP-30MR PLC TBU HSP免於瞬態電壓之破壞;HZP-30MR PLC TBU HSP則可限製過大電流流入後端設備之中,當線路中電流超過HZP-30MR PLC TBU HSP之電流限製,該原件將於1微秒之內啟動其保護機製,;TVS二極管則搭著RS-485傳輸器嵌位其電壓,使得RS-485信號在規定之電壓信號範圍內正常運作。

理解HZP-30MR PLC TBU 快速保護器的工作原理

HZP-30MR PLC TBU HSP電路保護解決方案,可防阻來自電路的短路故障、交流電搭接、交流電串擾及雷擊浪湧之威脅。HZP-30MR PLC TBU HSPTBU-CA係列為低容值、單路雙向、可自動恢複、高速線路組件,采用了高壓MOSFET半導體工藝。該組件擁有快速反應能力,可於1微秒間啟動防護機製,有較寬之工作頻段、布線簡單、體積小,封裝尺寸僅6.5x4mm,並采用表麵黏貼之DFN封裝,完全符合RoHS規範和無鉛製程。

結合TVSMOV/GDT的主次級防護,使RS-485接受較高等級之保護;當瞬態電流增加超過HZP-30MR PLC TBU HSP觸發電流時,該裝置將處於高阻狀態,有效截斷瞬態電流對RS-485收發器的影響。HZP-30MR PLC TBU HSP能夠解決版麵空間之不足之挑戰,於極小貼片封裝,有效提供265V電壓及20KA以上之浪湧電流保護。

三級防護線路中正確選擇主次級保護器

初級保護方案在於保護HZP-30MR PLC TBU HSP不受過電壓毀損,通過初級保護器之電壓箝位與泄放之湧浪電流將小於組件之額定通電流,其以IEC61000-4-5定義之瞬態威脅為基礎

次級保護方案之電壓選擇比需保證RS-485 收發器不受大於其最大承受電壓的威脅,故將隻有很小的電流通過級次電壓保護器。電容值是數據線,連接器和線路保護器件的影響總和;其為主次級電壓保護器之外,另一考慮因素,故估算數據線和連接器的最大容值將決定所用保護器件之容值大小。

使用TBU HSP處理直流電源故障

在工業通信係統中直流總線常用於繼電器控製或製動器,而當直流電源總線錯誤安裝或搭接在RS-485之差分信號在線時,將導致嚴重後果;TBU HSP則可用來處理電源故障,由於其為多次可恢複式之元器件。

使用TBU HSP防範直流電源故障

TBU HSP電壓超過Vreset(典型值為7V),該組件即呈現高阻狀態,當發生直流電源故障時,晶閘管(TISP4015L1BJ)用於泄放故障電流。通過TBU HSP上麵的24V電壓超過P40-G240-WHVreset,使其進入保護模式。24V的故障被排除,TBU HSP會重置,RS-485會重新正常工作。P40-G240-WH可以處理不超過40V的電源故障。

總結

HZP-30MR PLC三級防護提供一完整及卓越之電路解決方案。以HZP-30MR PLC TBU HSP專利技術為特色,其限製流入電壓及能量;協同初級保護GDTMOV方案及次級保護TVS二極管,大幅提升RS-485接口過壓保護和過流保護等級,達到抗交流電串擾, ESD, EFT防護能力。

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