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基于脉冲变压器的总线式RS485隔离器
[发布时间]:2012年12月24日 [来源]: [点击率]:5463
【导读】: 面对越来越多的设备、仪表采用了A、B两线制标准RS485接口,流行至今的转换器式RS485隔离器模式以及该模式所涉及的各种新技术、新器件,客观上只能越来越倾向于通信板卡的设计人员,而无法顾及广大的...

3.5 关于初、次级间的耦合电容

光耦芯片的输入、输出间的耦合电容很小。相比之下,脉冲变压器初、次级间较大的耦合电容,不利于高频或尖峰共模冲击干扰的隔离抑制。为解决这一问题,可尽量选用超高导磁率的铁芯,并改进变压器绕制工艺,降低绕组分布电容;还可以在变压器的初、次级绕组间增设屏蔽层,并将屏蔽层接地。

4 实验情况及脉冲变压器设计依据

理论上,我们当然希望用作RS485隔离器的脉冲变压器能够覆盖RS485通信中可能遇到的所有波特率——从75 bit/s直到10Mbit/s,但事实上任何一只脉冲变压器都不可能做到这一点,也没有必要这样要求。由此形成的思路是,可用系列化的脉冲变压器实现各种常用波特率的分段覆盖,以供用户选择。另一方面,只有较远距离的数据通信才有必要加装隔离器,而较远距离数据通信的波特率既不会太高,也不会太低。这也会使问题更加简化。
    对于RS48通信网,若用Bmax和Bmin分别表示某一区间的波特率上下限,则通常情况下:
    Bmin=1 200 bit/s≤B≤115 200bit/s=Bmax     (8)
    而工业环境下最有可能的波特率范围是:
    Bmin=2400bit/s≤B≤19 200bit/s=Bmax        (9)
    其上下限比值:
    Bmax/Bmin=19 200/2400=8                    (10)
    根据笔者的实验结果,由同一只脉冲变压器兼顾Bmax/Bmin=8并不难做到。以此为例,参照式(5)、(6)、(7)及RS485接口芯片常规电气指标,可得符合式(10)的脉冲变压器的主要设计依据为:
    脉冲宽度tw=10x(1/Bmin)=10x(1/2 400)=0.52x10-3s
    过渡时间tr≤0.2×(1/Bmax)=0.3x(1/19 200)=10.4x10-6s
    顶降 λ≤10%
    匝数比 N=1:1
    脉冲电压 Vp=5 V
    脉冲源内阻Ri≈20Ω
    负载电阻 Rl≈40Ω
    隔离电压 V=2 500V

5 结束语

1)利用脉冲变压器,可较好地解决总线式RS485隔离器设计复杂的技术难题,并具有简单实用、无需电源、无需考虑数据流向、在有限范围内波特率自适应、底层用户群体易于理解和掌控等特点。

2)基于脉冲变压器的总线式RS485隔离嚣,尤其适合于空间电磁场比较复杂的工业环境下半双工的A、B二线制RS485通信网的升级改造。

3)隔离所有节点后,一般应为处于浮置状态的通信线路提供静电泄放通道。这时可采用带屏蔽层的双绞线作为通信线路,并将其屏蔽层接至地网。

4)文中所述方案的基本思想也适用于全双工的W、X、Y、Z四线制RS485/BS422通信网的节点隔离。

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