Решение Bourns по комплексной защите интерфейса RS-485 на базе TBU (материалы вебинара)

4 апреля 2019

Мероприятие прошло 24.04.2019

Компания Компэл приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном вопросам защиты от импульсных перенапряжений и токовых перегрузок одного из самых популярных и востребованных промышленных интерфейсов: RS-485.Данный вебинар будет интересен инженерам-конструкторам и схемотехникам, разрабатывающим программируемые логические контроллеры (ПЛК), узлы систем сбора и передачи данных (УСПД) и прочие изделия автоматики, использующие для передачи данных физический интерфейс RS-485 и протоколы Modbus и Profibus.На вебинаре будет подробно рассказано о специализированных компонентах TBU (Transient Blocking Unit) от компании Bourns, их функционировании и правильном использовании.

Содержание

• Обзор основных источников импульсных перенапряжений
• Нюансы и особенности построения каскадной защиты
• Обзор компонентов TBU: параметры, характеристики, принцип работы
• Одноканальные TBU-CA и новые двухканальные TBU-DF
• Подбор первичных и вторичных защитных компонентов по напряжению
• Fast acting GDT – специальные, оптимизированные газоразрядники для TBU
• Графики и осциллограммы работы TBU
• Реакция TBU на входной импульс и функция AC Power Cross
• Пример схемотехники и трассировки печатной платы на примере отладок Bourns
• Texas Instruments и Bourns: совместные испытания рассматриваемого решения в лаборатории

Общая информация

Начало: 24 апреля 2019г. в 11:00
Продолжительность: 45 минут
Форма участия: бесплатно

Докладчик

Сергей Сотников — инженер по применению пассивных, тактирующих и защитных компонентов в компании Компэл. Имеет опыт разработки источников питания и систем АСУТП.

Видео

Вопросы и ответы

Что поменялось за последние 4 года в решении от Bourns для защиты RS-485?

Базовый принцип защиты не поменялся. В последней версии защиты все также предлагается использовать 3 каскада: первичный, вторичный и согласующий. Но при этом полностью поменялась компонентная база для реализации этого решения. Вместо одноканальных TVS-диодов появились двухканальные TVS-сборки (CDSOT23-SM712), вместо двухэлектродных газоразрядников появились трехэлектродные (2030-42T-SMLF), вместо одноканальных TBU появились двухканальные (TBU-DF085-300-WH). Общее количество компонентов данного решения сократилось ровно в два раза: с 6 до 3.

Защиту от какого напряжения может обеспечить рассматриваемое решение:
— защиту от 6kVAC при прямом замыкании на линию данных;
— защиту от 380VAC при прямом замыкании на линию данных;
— защиту от 220VAC при прямом замыкании на линию данных;
— защиту от наводок грозового разряда при прокладке линии данных снаружи здания;
— защиту от пробоя грозовым разрядом на линии данных;
— защиту от прямого удара грозового разряда в линию данных;

Рассматриваемое решение способно обеспечить защиту от случайного попадания на интерфейсную линию напряжений ~220/380VAC, а также от наводок грозового разряда (в случае применения газоразрядника в первичном каскаде, например 2030-42T-SMLF). Защита данным решением от прямого попадания 6kVAC и прямого удара молнии не предусмотрена. В данном случае нужно применять габаритные, дорогостоящие и мощные УЗИП, что не совсем оправданно для интерфейсных линий RS-485.

Чувствительность защиты при перекосе земли (GND): 3В драйверов?

«Плавающая» земля драйвера и приемника допускает входные напряжений для приемопередатчика в диапазоне от -7 до +12V. TVS-сборка CDSOT23-SM712 в предлагаемом решении как раз рассчитана на данный уровень рабочих напряжений. Для устранения более существенного перекоса земель приемопередатчиков, рекомендуется использовать гальваническую развязку питания драйверов или дренажный провод.

До каких скоростей работает данная защита?

Данное решение (GDT/TISP+TBU+TVS) способно работать во всем диапазоне скоростей RS-485 (вплоть до 10 Мбит/с).

Обеспечивается ли защита от микросекундных помех длительностью 6,5/700 мкс по ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95).

Рассматриваемое решение обеспечивает защиту по 4-му классу жесткости для обоих типов микросекундных импульсов (1,2/50 мкс и 6,5/700 мкс) согласно IEC 61000-4-5.

Обеспечивается ли защита от электростатических разрядов при подключении/отключении интерфейса RS-485 на горячую.

Рассматриваемое решение обеспечивает защиту от электростатики (ESD) на уровне +/- 30кV для контактного и воздушного разрядов. Горячее подключение при этом допустимо.

Какие наиболее эффективные меры необходимо предпринять для защиты входной цепи при длительном пробое газового разрядника? Требуется ли последовательное соединение разрядника с плавким предохранителем, либо самовосстанавливающим предохранителем, либо варистором и т.п.? Каков расчет параметров данных элементов в этом случае?

При длительном пробое газоразрядника он переходит в состояние низкоомного шунта, приводя к короткому замыканию участка цепи. В таком случае рекомендуется физически разрывать цепь с газоразрядником (для предотвращения выхода GDT из строя и возможного возгорания). Для этого подходит только плавкий предохранитель. Применение PPTC-предохранителей или варисторов в данном режиме недопустимо. Методика расчета плавкого предохранителя рассмотрена в данной статье.

Как определить время быстродействия цепи при многоуровневом исполнении, например первый уровень разрядник, следующий каскад TBU с супрессором?

В данном примере быстродействие защитной цепи будет определяться быстродействием TBU, которое не превышает 1 мкс.

Есть ли новинки и в чём их отличия от уже прижившихся решений для защиты светодиодных драйверов электрических помех в питающей сети.

Для защиты светодиодных драйверов по сети ~220VAC вышли новые защитные компоненты тиристорного типа: SIDACtor. Такое решение подробно рассматривалось в данной статье

Почему решение TBU заявлено именно для RS-485, чем ограничено использование в других сигнальных цепях?

Область применения TBU не ограничена только лишь интерфейсом RS-485. TBU применяют для защиты любых низковольтных (<20V) и высокоскоростных (<3GHz) интерфейсов и сигнальных линий, включая RS-232/485, CAN, VDSL, Ethernet, токовая петля и т.д. RS-485 был выбран темой вебинара исключительно в силу его популярности и распространенности в промышленном сегменте.

TBU полярный блок или нет?

В зависимости от серии, TBU могут быть как однонаправленным — unidirectional (например TBU-DT), так и двунаправленными — bidirectional (например TBU-DF).

Какую схему защиты (комбинацию защит) лучше использовать от микросекундных помех при высоких скоростях работы интерфейса (более 1 Мбит)?

В данном случае лучше применить следующую комбинацию: GDT или TISP +TBU+TVS. Вместо GDT можно применить MOV (варистор), но тогда придется проводить дополнительный анализ и тестирование на суммарную емкость линии (с учетом емкости разъема и самой линии).

Зачем маркируют 1 pin TBU?

Маркировка выводов TBU актуальна только для однонаправленных версий. Для двунаправленных (bidirectional) версий вход и выход равнозначны.

Как попадает ~220VAC на линию передачи RS-485, механически?

Случайное попадание сетевого напряжения ~220VAC – это как правило результат ошибочного или неправильно подключения необученным (низкоквалифицированным) персоналом. Проще говоря, это ошибка монтажника. Данная ошибка подключения распространена, т.к. зачастую выводы RS-485 (Data+(А) и Data-(В) и фаза/нейтраль сети ~220VAC (L/N) зачастую находятся рядом, на одной клеммной колодке.

Зачем выведен средний электрод TBU на контактную площадку если он в схеме защиты не используется?

Средний электрод TBU выведен из корпуса на контактную площадку исключительно для дополнительного отвода и рассеивания тепла из корпуса в плату. Подключать средний электрод к земле, земляным полигонам или другим сигнальным линиям недопустимо.

Сколько раз может срабатывать газоразрядник до выхода из строя?

Срок службы газоразрядника напрямую зависит от величины тока, который он шунтирует, эта информация как правило указывается в datasheets в разделе «Impulse Service Life». Стоит отметить, что максимальный ток, который может зашунтировать газоразрядник, достигается при однократном срабатывании. При уменьшении пикового тока, количество срабатываний увеличивается до нескольких десятков и сотен раз.

Дополнительные материалы

• Презентация вебинара Решение Bourns по комплексной защите интерфейса RS-485 на базе TBU
• Опорное решение: компоненты для защиты RS-485