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基于脈沖變壓器的總線(xiàn)式RS485隔離器
作者：
時(shí)間：2012-12-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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如果設數據通信的波特率為B，則圖2中的每一個(gè)bit位的持續時(shí)間為1／B。不難理解，對于給定的波特率B，作用于脈沖變壓器的激勵脈沖的最大寬度和最小寬度分別為
twmax=(1+8+1)×(1／B)=10x(1／B) (3)
twmin=1／B (4)
設RS485通信的波特率上下限分別為Bmax、Bmin，則根據式(1)、(2)、(3)、(4)，要求脈沖變壓器：
激勵脈沖寬度tw=twmax=10x(1／Bmin) (5)
波形過(guò)渡時(shí)間 tr≤0．2xtwmin=0．2x(1／Bmax) (6)
且須保證頂降 λ≤10％ (7)
3．5 關(guān)于初、次級間的耦合電容
光耦芯片的輸入、輸出間的耦合電容很小。相比之下，脈沖變壓器初、次級間較大的耦合電容，不利于高頻或尖峰共模沖擊干擾的隔離抑制。為解決這一問(wèn)題，可盡量選用超高導磁率的鐵芯，并改進(jìn)變壓器繞制工藝，降低繞組分布電容；還可以在變壓器的初、次級繞組間增設屏蔽層，并將屏蔽層接地。
4 實(shí)驗情況及脈沖變壓器設計依據
理論上，我們當然希望用作RS485隔離器的脈沖變壓器能夠覆蓋RS485通信中可能遇到的所有波特率——從75 bit／s直到10Mbit／s，但事實(shí)上任何一只脈沖變壓器都不可能做到這一點(diǎn)，也沒(méi)有必要這樣要求。由此形成的思路是，可用系列化的脈沖變壓器實(shí)現各種常用波特率的分段覆蓋，以供用戶(hù)選擇。另一方面，只有較遠距離的數據通信才有必要加裝隔離器，而較遠距離數據通信的波特率既不會(huì )太高，也不會(huì )太低。這也會(huì )使問(wèn)題更加簡(jiǎn)化。
對于RS48通信網(wǎng)，若用Bmax和Bmin分別表示某一區間的波特率上下限，則通常情況下：
Bmin=1 200 bit／s≤B≤115 200bit／s=Bmax (8)
而工業(yè)環(huán)境下最有可能的波特率范圍是：
Bmin=2400bit／s≤B≤19 200bit／s=Bmax (9)
其上下限比值：
Bmax／Bmin=19 200／2400=8 (10)
根據筆者的實(shí)驗結果，由同一只脈沖變壓器兼顧Bmax／Bmin=8并不難做到。以此為例，參照式(5)、(6)、(7)及RS485接口芯片常規電氣指標，可得符合式(10)的脈沖變壓器的主要設計依據為：
脈沖寬度tw=10x(1／Bmin)=10x(1／2 400)=0.52x10-3s
過(guò)渡時(shí)間tr≤0．2×(1／Bmax)=0．3x(1／19 200)=10．4x10-6s
頂降 λ≤10％
匝數比 N=1：1
脈沖電壓 Vp=5 V
脈沖源內阻Ri≈20Ω
負載電阻 Rl≈40Ω
隔離電壓 V=2 500V
5 結束語(yǔ)
1)利用脈沖變壓器，可較好地解決總線(xiàn)式RS485隔離器設計復雜的技術(shù)難題，并具有簡(jiǎn)單實(shí)用、無(wú)需電源、無(wú)需考慮數據流向、在有限范圍內波特率自適應、底層用戶(hù)群體易于理解和掌控等特點(diǎn)。
2)基于脈沖變壓器的總線(xiàn)式RS485隔離囂，尤其適合于空間電磁場(chǎng)比較復雜的工業(yè)環(huán)境下半雙工的A、B二線(xiàn)制RS485通信網(wǎng)的升級改造。
3)隔離所有節點(diǎn)后，一般應為處于浮置狀態(tài)的通信線(xiàn)路提供靜電泄放通道。這時(shí)可采用帶屏蔽層的雙絞線(xiàn)作為通信線(xiàn)路，并將其屏蔽層接至地網(wǎng)。
4)文中所述方案的基本思想也適用于全雙工的W、X、Y、Z四線(xiàn)制RS485／BS422通信網(wǎng)的節點(diǎn)隔離。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/175952.htm
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