Защита RS485 от попадания на шину 230VAC, элементная база Опции

[Electronics Engi...]

Здравствуйте!

Модули с RS485 интерфейсом питаются от 24VDC. У интерфейсных микросхем есть
встроенная защита от попадания на входы А и В напряжения питания 24VDC при
неправильной коммутации или повреждении кабеля.

Но есть также необходимость защитить шину RS485 и блоки питания на модулях
от попадания / подключения сетевого напряжения 230VAC.
Так как модули могут находиться на большом расстоянии друг от друга, то такую
защиту надо делать на каждом модуле.

Хотел бы посоветоваться насчет оптимальных и эффективных схем защиты.
Пока ориентируюсь на двунаправленные защитные диоды (TVS - Transient
Voltage suppressor) в сочетании с быстрыми предохранителями. Но не уверен,
что предохранители смогут достаточно быстро перегорать, т.к. TVS могут выдерживать
большие импульсы тока в течение порядка 10мкс.
Может нужно ставить последовательно резисторы маленьких номиналов, но шину RS485
для передачи данных тоже нельзя портить.

Какие есть еще предложения?

С уважением,
Дмитрий

[Methane]

Какие есть еще предложения?

1. Посчитать или промоделировать процесс попадания 220вольт.
2. На предохранители тоже по идее должны быть ТТХ.
3. Какая скорость в линии? Если не большая, то попробуйте варисторы.
4. Есть старый способ защиты "Спектрума", от сгорания транзистора в блоке питания. Это тиристор, который открывается стабилитроном, когда напряжение становится "более чем".
5. А что будет с кабелем, и разьемами, если на них придет 220? Не погорят и поплавятся? Что с дорожками на плате?

[Lmx2315]

..может что-то такое.

TBU-PL Series TBU®
High-Speed Protectors

Прикрепленные файлы

 TBU_PL.pdf ( 806.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 242

 

[Methane]

..может что-то такое.

TBU-PL Series TBU®
High-Speed Protectors

Классная штука. Только учесть

Series resistance of the TBU®device

[EvilWrecker]

Не для RS485 серия PL- ставить надо серию CA. Ставьте и не пожалеете- лучше них не существует в природе. Считать или моделировать ничего не надо, варисторы ставить на 485-й смысла нет, есть смысл ставить нормальные твс и разрядники. Последовательное сопротивление не влияет.

Добавлю только вот что: если нужна именно защита "от всего" - то самое правильное сочетание это твс + тбу + разрядники. Однако если нужна защита именно на 230В - т.е защита от постоянного перенапряжения то тюу действительно держат (я подключал тбу к 220В) , но необходимо очень правильно выбрать разрядник, который не будет срабатывать при 220В но и не будет слишком медленным чтобы успеть сработать на быстрых импульсах, пока не не пробило тбу.

[Electronics Engi...]

Не для RS485 серия PL- ставить надо серию CA. Ставьте и не пожалеете- лучше них не существует в природе. Считать или моделировать ничего не надо, варисторы ставить на 485-й смысла нет, есть смысл ставить нормальные твс и разрядники. Последовательное сопротивление не влияет.

Добавлю только вот что: если нужна именно защита "от всего" - то самое правильное сочетание это твс + тбу + разрядники. Однако если нужна защита именно на 230В - т.е защита от постоянного перенапряжения то тюу действительно держат (я подключал тбу к 220В) , но необходимо очень правильно выбрать разрядник, который не будет срабатывать при 220В но и не будет слишком медленным чтобы успеть сработать на быстрых импульсах, пока не не пробило тбу.

Спасибо всем за ответы и предложенные варианты!
Надо ознакомиться с TBU серии СА.
Как я понимаю, TBU контролирует ток в линии. Как только ток в линии превышает определенный порог Itrigger (Current required for the device to go from operating state to
protected state), транзисторы закрываются до тех пор, пока напряжение не упадет до Vreset (Voltage below which the triggered TBU™ device will transition to normal operating
state), около 15-20V. Время срабатывания TBU tblock = 1мкс (Time for the device to go from normal operating state to protected state).

Если не ошибаюсь, TVS должен стоять между TBU и интерфейсной микросхемой, чтобы создать большой ток при попадании высокого напряжения на TBU. Напряжение пробоя TVS должно быть допустимым для сохранения работоспособности интерфейсной RS485 микросхемы. И при такой комбинации (TVS + TBU ) к линии может быть подключено сетевое напряжение постоянно, если правильно выбран параметр Vrms (Continuous A.C. RMS voltage), больше 250V? И они будут постоянно то включаться, то выключаться, но ничего не испортиться? Ничего не будет перегорать, просто интерфейсная микросхема не будет пересылать данные? Я правильно понял?

Немного не в курсе насчет разрядников. Для чего они нужны?

1. Посчитать или промоделировать процесс попадания 220вольт.
2. На предохранители тоже по идее должны быть ТТХ.
3. Какая скорость в линии? Если не большая, то попробуйте варисторы.
4. Есть старый способ защиты "Спектрума", от сгорания транзистора в блоке питания. Это тиристор, который открывается стабилитроном, когда напряжение становится "более чем".
5. А что будет с кабелем, и разьемами, если на них придет 220? Не погорят и поплавятся? Что с дорожками на плате?

3. Скорость передачи данных от 9600 до 115200
5. Желательно, чтобы все сохранилось в прежнем виде

Сообщение отредактировал Electronics Engineer - Apr 24 2013, 12:41

[Methane]

3. Скорость передачи данных от 9600 до 115200

Ставте TBU. Я про такие штуки даже не слышал.

[Electronics Engi...]

Добавлю только вот что: если нужна именно защита "от всего" - то самое правильное сочетание это твс + тбу + разрядники.

Нашел документ по защите RS485, в котором описано сочетание трех компонентов:
1) GDT,
2) TBU,
3) TVS.
Документ приложен. Думаю, что его можно взять за основу. По идее для питания 24VDC нужно делать подобную защиту.

Прикрепленные файлы

 bourns2030.pdf ( 343.51 килобайт ) Кол-во скачиваний: 323

 

[EvilWrecker]

Если не ошибаюсь, TVS должен стоять между TBU и интерфейсной микросхемой, чтобы создать большой ток при попадании высокого напряжения на TBU. Напряжение пробоя TVS должно быть допустимым для сохранения работоспособности интерфейсной RS485 микросхемы. И при такой комбинации (TVS + TBU ) к линии может быть подключено сетевое напряжение постоянно, если правильно выбран параметр Vrms (Continuous A.C. RMS voltage), больше 250V? И они будут постоянно то включаться, то выключаться, но ничего не испортиться? Ничего не будет перегорать, просто интерфейсная микросхема не будет пересылать данные? Я правильно понял?

Все верно

Немного не в курсе насчет разрядников. Для чего они нужны?

Тбу не бесмертны- они не выносятт импульсов большой энергии типа удара молнии на некотором расстоянии и имеющие скорость нарастания выше критической для них, и у них есть порог пробоя. Для того чтобы "сбросить" большой разрядный ток и импульс высокого напряжения ставят разрядники.

Кокнкретно с ТБУ рекомендую ставить разрядники от борнса. ТБУ на 850В соответственно. При выборе разрядника надо внимательно смотреть на clamping voltage для разных скоростей нарастания импульса это асболютно критичный параметр в связке с тбу.

[Methane]

Кокнкретно с ТБУ рекомендую ставить разрядники от борнса.

Лучше TVS. Они включаются сразу, им не надо время на ионизацию, на то пока лавина образуется итд.

[EvilWrecker]

Лучше TVS. Они включаются сразу, им не надо время на ионизацию, на то пока лавина образуется итд.

TVS и GDT имеют абсолютно разное применение, никаким образом с друг другом не пересекающееся- один другого не заменяет.

По идее для питания 24VDC нужно делать подобную защиту.

Если собираетесь сделать защиту для питания на тбу то предупреждаю- они не подходят для этих целей.

[Methane]

TVS и GDT имеют абсолютно разное применение, никаким образом с друг другом не пересекающееся- один другого не заменяет.

Также как и MOSFET/IGBT. Тоже типа не пересекаются, но на граничных напряжениях и токах, фиг поймешь что лучше.

[EvilWrecker]

Также как и MOSFET/IGBT. Тоже типа не пересекаются, но на граничных напряжениях и токах, фиг поймешь что лучше.

Плохое сравнение- между TVS и GDT очень большая разница в применении.

[Methane]

Плохое сравнение- между TVS и GDT очень большая разница в применении.

Докажите! Я лично вижу что разрядники активно вытесняются.

[EvilWrecker]

Докажите! Я лично вижу что разрядники активно вытесняются.

Это шутка чтоли? Разрядники были и есть как и твс диоды:

- нет сейчас таких технологий который позволяют в сигнальных линиях заменить разрядники на твс - чем "мощней" твс, тем больше у него барьерная емкость, что неприемлимо. Есть мощные твс диоды- вроде таких

http://www.bourns.com/ProductLine.aspx?nam...r_tvs_products#

но они покрывают только небольшую часть разрядников и у них негуманная цена.

- разрядники - превичная ступень защиты, твс- вторичная: не может твс держать такие токи, которые держит разрядник

Одним словом Вам показалось

[Methane]

Это шутка чтоли? Разрядники были и есть как и твс диоды:
......

Одним словом Вам показалось

Мы немного о разных вещах.
Когда линия связи заходит в будку, то прямо на входе ставят разрядник. По ближе к заземлению итд. Потом провод идет внутри помещения собственно к устройству. Там зачем ставить разрядник еще раз?

Сообщение отредактировал Herz - Apr 25 2013, 07:48

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[vladec]

В дополнение к сказанному: http://www.bourns.com/data/global/pdfs/Bou...485_AppNote.pdf , что же касается защиты на 24В, то в этом на сегодняшний день вообще нет необходимости, выпускаются драйверы RS-485 толерантные к напряжениям до 70В, например, SN65HVD1780 и аналогичные

[EvilWrecker]

Мы немного о разных вещах.
Когда линия связи заходит в будку, то прямо на входе ставят разрядник. По ближе к заземлению итд. Потом провод идет внутри помещения собственно к устройству. Там зачем ставить разрядник еще раз?

"Просто" разрядник ставят в "начальных" участках распределительных сетей(первые классы) либо это именно разрядники для уравнивания потенциалов- например для трубопровода. На сигнальные линии "просто" разрядник никто не ставит.

2vladec Это так для неизолированных трансиверов - изолированные таким преимуществом вроде не обладают. По крайне мере не видел ни у AD, TI или Silab, если не отстал от жизни .

[Methane]

"Просто" разрядник ставят в "начальных" участках распределительных сетей(первые классы) либо это именно разрядники для уравнивания потенциалов- например для трубопровода. На сигнальные линии "просто" разрядник никто не ставит.

Ок, пусть будет "сложно" поставленный разрядник. Или "трудно" поставленный разрядник. Еще есть "красиво" поставленный разрядник. Но ставят их на сигнальные линии, там где они входят в будку с автоматикой.

[EvilWrecker]

Ок, пусть будет "сложно" поставленный разрядник. Или "трудно" поставленный разрядник. Еще есть "красиво" поставленный разрядник. Но ставят их на сигнальные линии, там где они входят в будку с автоматикой.

Я бы не стал проводить аналогию между:

"просто" разрядник = 1 шт где либо

"трудно/красиво/сложно/ ваш вариант" поставленный разрядник - увы, не ценитель

Но их ставят да - в составе узипа, где помимо этого есть токоограничительные элементы и твс - обычна это схема вроде разрядник- резисторы - твс. Но "просто" разрядник= 1шт без "остального" никто не ставит. Вы можете привести пример когда на тот же рс485 ставят только разрядник, или следуя вашему посту, только твс "там где они входят в будку с автоматикой"?

[Electronics Engi...]

В дополнение к сказанному: http://www.bourns.com/data/global/pdfs/Bou...485_AppNote.pdf , что же касается защиты на 24В, то в этом на сегодняшний день вообще нет необходимости, выпускаются драйверы RS-485 толерантные к напряжениям до 70В, например, SN65HVD1780 и аналогичные

Как раз и используем SN65HVD1780 в сочетании с цифровыми изоляторами. Но нужна защита и от попадания на шину сетевого напряжения.
SN65HVD1780 относительно дорогой. Если будет защита на базе твс, тбу и разрядников, то можно будет ставить более дешевые
стандартные трансиверы.

[EvilWrecker]

Как раз и используем SN65HVD1780 в сочетании с цифровыми изоляторами. Но нужна защита и от попадания на шину сетевого напряжения.
SN65HVD1780 относительно дорогой. Если будет защита на базе твс, тбу и разрядников, то можно будет ставить более дешевые
стандартные трансиверы.

Хоть на рассыпухе

[Electronics Engi...]

Если собираетесь сделать защиту для питания на тбу то предупреждаю- они не подходят для этих целей.

Это из-за большого начального тока или потому, что параметр TBU Vreset = 16В меньше напряжения питания 24В?
Или просто защита для питания делается по-другому. Делать на рассыпухе (тиристоры, симисторы и т.д) не хотел бы.
Как вариант схемы на дискретных компонентах приложен. Очень громоздко. От обратной полярности спасет диод.
Есть ли что-то готовое на подобии защиты для RS485?

Сообщение отредактировал Electronics Engineer - Apr 25 2013, 18:11

Эскизы прикрепленных изображений

 

[EvilWrecker]

При определенных условиях с величиной тока(продолжительно) чуть меньше верхнего порогового на ТБУ начнет высаживаться очень много тепла и оно сгорит. Говоря другими словами - или норма или кз, состояние "посередине" чревато. Для этого лучше взять обычный самовосстанавливающийся предохранитель. В отношении защиты питания полно схем и решений - не вижу проблемы.

[vladec]

Если техника обслуживаемая, часто берут недорогие драйвера RS-485 в DIP-корпусах и ставят их на цанговые панельки и при выходе их из строя заменяют как простые предохранители

[Dmitry Dubrovenk...]

Сейчас тоже думаю примерно над этой проблемой.
А гальваническая развязка не решит данной задачи?

[Methane]

Сейчас тоже думаю примерно над этой проблемой.
А гальваническая развязка не решит данной задачи?

Мне понравилась идея в виде драйвера в DIP корпусе на панельке.

[EvilWrecker]

Сейчас тоже думаю примерно над этой проблемой.
А гальваническая развязка не решит данной задачи?

Если нет защиты- микросхема сгорит, хотя подключенное оборудование не пострадает из -за наличия гальваноразвязки. Но опять таки, при напряжении не выше установленного для этой развязки

Не забывайте что даже при наличии хорошей развязки при отгорании входной части микросхемы есть высокий риск повреждения печатных проводников - т.е де-факто работоспособная борда идет на свалку.Поэтому я бы не стал использовать заменяемые микросхемы в целях экономии на защите. Если они горят от статики - замучаетесь менять(если только речь не идет о качественных а значит не копеечных трансиверах с интегрированной защитой от статики), если горят от импульсов с высокой энергией - вероятно будете еще и плату менять.

[Dmitry Dubrovenk...]

Мне понравилась идея в виде драйвера в DIP корпусе на панельке.

Мне не очень нравится, т.к. менять будет довольно проблематично.

Если нет защиты- микросхема сгорит

Логично.
Но, насколько понял из прочитанного, варианты защиты снизят скоростную способность.


Тут подсмотрел в одном серийном девайсе.
Что можете сказать (вроде элементы правильно "расшифровал")

[Methane]

Мне не очень нравится, т.к. менять будет довольно проблематично.

Так это же самое главное!!! Так как обслуживающий персонал знает что где-то там проблема и может с не



Сообщение отредактировал Herz - Apr 28 2013, 08:04

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[EvilWrecker]

Но, насколько понял из прочитанного, варианты защиты снизят скоростную способность.

Связка тбу - твс -гдт никак не влияет. Кашу маслом не испортишь

Тут подсмотрел в одном серийном девайсе.
Что можете сказать (вроде элементы правильно "расшифровал")

Схема может(в смысле качества защиты) быть рабочей - но тут надо знать, какие конкретно резисторы и диоды стоят: что заложено - так и защищает.

Давайте я приведу референс - один из лучших из ныне существующих: при взгляде на него вопросы отпадут

http://www.analog.com/en/circuits-from-the.../CN0313/vc.html

[Dmitry Dubrovenk...]

Так это же самое главное!!!

Я имел ввиду, что девайс будет находиться в труднодоступном месте.

Давайте я приведу референс

Тенкс!
Буду изучать.

[Electronics Engi...]

При определенных условиях с величиной тока(продолжительно) чуть меньше верхнего порогового на ТБУ начнет высаживаться очень много тепла и оно сгорит. Говоря другими словами - или норма или кз, состояние "посередине" чревато. Для этого лучше взять обычный самовосстанавливающийся предохранитель. В отношении защиты питания полно схем и решений - не вижу проблемы.

Вы под самовосстанавливающимся предохранителем имеете в виду PTC resettable fuse, который идет в связке с TVS?
Допустим, импульсники на входе выдерживают 40В мах. Значит, TVS должен открываться до 40В.
Меня смущает длительное время срабатывания PTC предохранителя. Оно может составлять 10 секунд и больше.
Тогда вся мощность будет рассеиваться на TVS. Он так долго не протянет, сгорит. Может надо ставить ограничивающий
ток резистор, чтобы пики тока не превышали допустимое значение для TVS.

[EvilWrecker]

Вы под самовосстанавливающимся предохранителем имеете в виду PTC resettable fuse, который идет в связке с TVS?
Допустим, импульсники на входе выдерживают 40В мах. Значит, TVS должен открываться до 40В.
Меня смущает длительное время срабатывания PTC предохранителя. Оно может составлять 10 секунд и больше.
Тогда вся мощность будет рассеиваться на TVS. Он так долго не протянет, сгорит. Может надо ставить ограничивающий
ток резистор, чтобы пики тока не превышали допустимое значение для TVS.

Если самовосстанавливающийся предохранитель открывается 10 сек, то скорее всего он выбран неправильно. Сами подумайте- если такое поведение было бы присуще все таким устройствам, какой тогда от них толк? Кто их будет брать? Между тем их мягко говоря широко применяют- а стало быть конкретно Вы применяете их неправильно. Между тем у TVS пожалуй более важным является не столько пробойное напряжение, сколько clamping voltage- как и у разрядника, и это также очевидным образом влияет на выбор предохранителя.

[Electronics Engi...]

Если самовосстанавливающийся предохранитель открывается 10 сек, то скорее всего он выбран неправильно. Сами подумайте- если такое поведение было бы присуще все таким устройствам, какой тогда от них толк? Кто их будет брать? Между тем их мягко говоря широко применяют- а стало быть конкретно Вы применяете их неправильно. Между тем у TVS пожалуй более важным является не столько пробойное напряжение, сколько clamping voltage- как и у разрядника, и это также очевидным образом влияет на выбор предохранителя.

На входе импульсника напряжение не должно превышать 36V. Потребляемый ток не превышает 150mA в нормальном рабочем режиме во всем диапазоне
входных напряжений питания (18-36VDC). Пока остановился на таком TVS: 1.5SMC36CA (Breakdown Voltage = 34.2...37.8V, Clamping Voltage max = 49.9V).
А один из самых быстрых PTC, что удалось мне найти для моего случая, является CMF-RL10-0 (Hold current max = 150mA, Trip current = 300mA, Current max = 3A,
Voltage max = 220V, Time to trip = 0.45s). Как я понимаю, максимальный ток для PTC не должен превышать 3А. Его сопротивление в нормальном состоянии 10 Ом,
поэтому пики токов могут достигать 30А. Не ставить же ограничивающий ток резистор, т.к. в нормальном рабочем режиме на нем будет большое
падение напряжения. Даже относительно маленькое время срабатывания 0.45 сек не сравнимо с временем срабатывания, например, TBU.

[EvilWrecker]

Пример предохранителя + на 1 странице расшифровка каждого параметра

http://www.mouser.com/ds/2/240/Littelfuse_PTC_250S-40655.pdf

[Electronics Engi...]

Пример предохранителя + на 1 странице расшифровка каждого параметра

http://www.mouser.com/ds/2/240/Littelfuse_PTC_250S-40655.pdf

Этот предохранитель по параметрам мало отличается от того, который я ранее выбрал. Также само максимальный ток не должен превышать 3А. По графику из даташита видно,
что такой ток не должен быть дольше 0.2 секунды. Без дополнительного резистора пики тока будут около 30А. Поэтому, вероятно, он сразу выйдет из строя.

[Electronics Engi...]

Возник вопрос по TBU (CDSOT23-SM712). У него 3 контакта: Line In/Out, NU, Line Out/In.
NU не используется? Относительно чего TBU измеряет напряжение Vreset?
Еще вопрос по монтажу TBU. Из даташита видно, что контакты находятся снизу.
К ним можно подлезть паяльником? На рисунке с боку видны металлические контакты.
Или для ручного паяния на площадках нужно ставить переходные отверстия?

[EvilWrecker]

Читаю Ваши посты- единственное что могу сказать напоследок: вы зря занимаетесь электроникой. Без обид.

Прошу прощение у участников за возможный оффтоп

[Dmitry Dubrovenk...]

Немного не в тему, но чем можно заменить разрядник 2038-15-SM из более доступного?

[EvilWrecker]

Немного не в тему, но чем можно заменить разрядник 2038-15-SM из более доступного?

Если честно, разрядники от борнса еще более незаменимы чем сами тбу

[Dmitry Dubrovenk...]

Жаль...

А ещё вопрос по построению выходных каскадов у драйверов 485.
Конкретно: Если один драйвер, работая в режиме передачи, выдаёт "1", а второй в это же время передаёт "0", то кто кого "перетянет"?

[Methane]

Жаль...

А ещё вопрос по построению выходных каскадов у драйверов 485.
Конкретно: Если один драйвер, работая в режиме передачи, выдаёт "1", а второй в это же время передаёт "0", то кто кого "перетянет"?

А взять схему и подумать?

[Dmitry Dubrovenk...]

А взять схему и подумать?

Вообще-то, вопрос и заключался в том: "Где взять схему?"

[Dmitry Dubrovenk...]

Поскольку схему так найти и не удалось, малость поэкспериментировал.
Подключил два устройства:
1. С чипом от Максима, подключённого напрямую к МК и питанию.
2. С чипом от Техаса, со всеми гальваническими развязками и защитами (кроме разрядника).
и заставил их передавать информацию одновременно.
Ожидал, что будут какие-то коллизии, но Максим полностью "перетянул" Техаса.

[Herz]

А не перенести ли эту тему в "Интерфейсы", например? К силовой электронике и её компонентам она ну никак не относится.

[Dmitry Dubrovenk...]

Полностью согласен.

[Fujitser]

Простейшая защита - симметричные супрессоры и резисторы с маленьким номиналом (~нескольких ом), включенные последовательно с линиями интерфейса.

В качестве дополнительной защиты от импульсов высокого напряжения могут быть использованы разрядники.

[EvilWrecker]

Простейшая защита - симметричные супрессоры и резисторы с маленьким номиналом (~нескольких ом), включенные последовательно с линиями интерфейса.

В качестве дополнительной защиты от импульсов высокого напряжения могут быть использованы разрядники.

Это не защита - в первую очередь в части резисторов. И если поставить в конкретно эту схему разрядники, степень "защиты" не изменится. Совсем.

Вывод "разрядной" земли на микросхему и вобще землю прибора - это вообще без комментариев. Все это уже за гранью добра и зла.