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RS485保护电路设计改进方案

fcsde-sh 来源:fcsde-sh 2024-11-20 10:45 次阅读

RS485保护电路的设计

1问题:

最近设计的一块板子的RS485接口因为高电压被击穿烧毁, 惨不忍睹。可以见图片。

2c80eb32-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图一 事故现场

其具体严重的后果有三个:

TVS被击穿;

RS485芯片损毁;

MCU不能正常工作。

2原因:

测试人员在搭建测试环境时,电源正负极反接造成的。

3具体电路分析

在系统中主控板和节点设备均使用相同的RS485芯片和电路,唯一的区别是主设备对节点设备提供24V的电源输出,即在主控端, VIN+为输出端, 提供24V(9~36V)电源, 而在节点设备端, VIN+为输入端, 获得板子的24V供电

2ca18518-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图二:节点设备RS485电路

2cbc353e-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图三:主控设备RS485电路

当系统正常连接如下图四时, 系统工作正常。

2cdadd18-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图四:RS485系统互联

而测试人员将正负极反接,错误连接方式:

2cf3e416-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图五:RS485系统错误连接

为了分析原因,本人将错误连接方式下的电流方向重新用粗线标示。

在下图中, 24V电源通过J1的Pin4进入节点设备的0V网络,然后通过R2进入RS485的信号线RS485 B-(此时通过Z1同时进入信号RS485 A+)。因为主控制器和节点设备是互联的, 因此24V电源直接供给了主设备的D2和IS83072的Pin7,超过了他们的最大允许工作电压. 最终的结果是D2和IS83072直接烧毁。因为主控端的MCU(图中未画出)和IS83072通过UART接口相连, 同样被损毁而不能工作(个人猜测是高压24V通过 USART1 TX, USART1 DE和USART1 RX进入了MCU)。

2d1ef9b2-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图六:RS485系统错误连接时的电流走向

在此附上D2和ISL83072的允许最大工作电压:

ISL83072的电压范围-9~13V

CDSOT23-SM712 最大工作电压7.0和12V

2d411cae-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

4电路改进方法:

(1)在J1的Pin4 添加反向二极管

将节点设备电源的反向保护二极管移动到电源的负极。如下图七所示。

优点:

电路简单, 电路不用大的修改, BOM表不变。

缺点:节点设备和主控设备的地平面有0.7V的差异;主控设备必须连接自己公司的节点设备。如果连接其他公司的设备,不能保证能够得到有效保护。

2d565f88-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

图七:电路改进方法1

(2)在RS485电路的前端添加过压保护电路。

本人没有搜索到简单易用的过压保护电路。如果有朋友有推荐电路,麻烦请告知,多谢。

(3)更换支持高电压保护的RS485芯片

在寻找RS485过压保护电路的过程中,发现多家芯片公司都能够提供过压保护的RS485芯片。

综合考虑成本,封装兼容等因数,本人选择了TI的THVD2410DGK, 在此列举其主要特性。

2d6f6b18-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

其中主要的一些特性:

3~5.5V 供电电压兼容;

70V 电压保护,对于24V的系统足够安全;

最高速率500 kbps满足大部分的传输速度要求。如果需要更快的速度可以更换为2450系列芯片,最高达到50Mbps

根据新的RS485芯片, 同时重新选择TVS保护器件为SMA6J36CA。

更新后的电路如下:

2d8e251c-9ff4-11ef-93f3-92fbcf53809c.png

当主控设备提供24V电压时,Z5和Z6的反向截止电压为36V,不能击穿。U2的Pin7最高电压为70V, 也能安全工作。

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原文标题:因高电压被击穿烧毁--RS485保护电路设计改进方案

文章出处:【微信号:fcsde-sh,微信公众号:fcsde-sh】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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