用于在隔離式RS-485節(jié)點(diǎn)中分區(qū)隔離電源的選項(xiàng)和解決方案

ADI公司的集成式RS-485隔離式收發(fā)器產(chǎn)品組合具有靈活性和性能，可滿(mǎn)足具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，與光耦合器方法相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。

隔離RS-485節(jié)點(diǎn)中的信號(hào)和電源可能會(huì)給實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足系統(tǒng)要求（如小尺寸、低功耗、數(shù)據(jù)速率、EMI和物料清單成本）的最佳配置帶來(lái)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的分立式解決方案（如光耦合器）存在與光耦合器壽命耗盡相關(guān)的問(wèn)題，以及由于光耦合器技術(shù)背后的固有物理特性，每通道功率隔離度高。此外，光耦合器技術(shù)的成本隨著數(shù)據(jù)速率的增加而大幅增加，制造復(fù)雜性隨著元件數(shù)量的增加而增加。分立式隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施需要了解變壓器設(shè)計(jì)，將隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器的其他功率組件與變壓器相匹配。該設(shè)計(jì)容易受到與這些元件相關(guān)的寄生電阻、電感和電容的影響。幸運(yùn)的是，如今有新一代高度集成的隔離式收發(fā)器解決方案可以解決這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

在過(guò)去七年中，ADI開(kāi)發(fā)了一系列創(chuàng)新的集成隔離式RS-485收發(fā)器，將ADI在RS-485接口技術(shù)方面的進(jìn)步與ADI的i耦合器數(shù)字信號(hào)隔離技術(shù)相結(jié)合，最近還與ADI公司的isoPower隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器技術(shù)相結(jié)合。這些隔離式收發(fā)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)用于惡劣環(huán)境中的各種應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化、太陽(yáng)能和風(fēng)能、儀器儀表和電力線(xiàn)監(jiān)控。使用這些產(chǎn)品系列的一些工業(yè)通信協(xié)議的例子是PROFIBUS，Interbus，Modbus，BacNet等。???

該系列集成隔離式RS-485/RS-422收發(fā)器為設(shè)計(jì)人員提供了基于電源鏈系統(tǒng)分區(qū)（特別是隔離式總線(xiàn)側(cè)電壓電源）的集成隔離的最佳選擇。

ADI的產(chǎn)品組合基本上涵蓋了隔離式RS-485節(jié)點(diǎn)電源鏈分區(qū)的三大分類(lèi)：

完全集成的信號(hào)和電源隔離RS-485/RS-422解決方案

集成信號(hào)隔離和集成變壓器驅(qū)動(dòng)器（部分電源鏈集成）

信號(hào)隔離的RS-485/RS-422收發(fā)器，可靈活選擇總線(xiàn)側(cè)電壓電源的源

圖1顯示了ADI公司ADM2867E的緊湊配置，ADM2867E是一款集成信號(hào)和電源隔離RS-485收發(fā)器。ADI公司的i耦合器和iso電源隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種集成水平，與傳統(tǒng)方法相比，這些技術(shù)在易用性、小尺寸和RS-485給定負(fù)載下輸入功率更低方面具有令人印象深刻的優(yōu)勢(shì)。ADM2867E/ADM2582E信號(hào)和電源隔離RS-485收發(fā)器采用20引腳寬體SOIC封裝，是業(yè)界尺寸最小的解決方案;它們也是業(yè)界首款信號(hào)和電源隔離的RS-485/RS-422收發(fā)器，可提供與大批量表面貼裝制造技術(shù)兼容的集成解決方案。此選項(xiàng)非常適合在設(shè)計(jì)時(shí)和小外形規(guī)格約束下的客戶(hù)。

圖1.典型的RS-483/RS-422隔離。

2007年，ADI公司發(fā)布了業(yè)界首款符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)隔離RS-485收發(fā)器，內(nèi)置集成變壓器驅(qū)動(dòng)器ADM2485，采用16引腳寬體SOIC。ADM2485是ADI提供的具有集成變壓器驅(qū)動(dòng)器功能的三款隔離式RS-485收發(fā)器之一。圖2顯示了ADM2485驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)側(cè)，為總線(xiàn)側(cè)電路提供隔離電源。

圖2.帶電源的RS-485/RS-422隔離。

圖2所示的配置效率很高，對(duì)于具有嚴(yán)格溫度限制的設(shè)計(jì)，輸入電壓電源為5 V時(shí)典型值為81%。外部變壓器允許DC-DC轉(zhuǎn)換器以500 kHz的頻率工作，為受非常嚴(yán)格輻射要求限制的設(shè)計(jì)人員提供低EMI解決方案。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，圖1和圖2解決方案之間的關(guān)鍵權(quán)衡是更緊湊的尺寸和易用性，以及更高的效率和更低的頻率發(fā)射頻譜。

在典型的可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)中，I/O以及通信端口需要各種隔離電源。這就需要定制電源，以便從同一變壓器鐵芯生成多個(gè)隔離電源，例如±15 V、5 V和3.3 V電源。在這種情況下，最佳成本選擇是選擇僅集成信號(hào)隔離的隔離式RS-485收發(fā)器，如ADM2486，符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的隔離式RS-485收發(fā)器。這提供了選擇現(xiàn)有5 V或3.3 V隔離電源的靈活性，或者使用變壓器上的單獨(dú)過(guò)風(fēng)來(lái)產(chǎn)生總線(xiàn)側(cè)隔離電壓。圖3顯示了分立式DC-DC轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化案例，以說(shuō)明此配置如何與ADM2486收發(fā)器配合使用。

圖3.RS-485/RS-422 隔離，帶電源和外部開(kāi)/關(guān)功能。

ADI的隔離式RS-485/RS-422收發(fā)器系列還提供高達(dá)20 Mbps的各種數(shù)據(jù)速率、總線(xiàn)上多達(dá)256個(gè)節(jié)點(diǎn)以及半雙工和全雙工操作。此外，這些集成隔離式RS-485收發(fā)器均已通過(guò)UL和VDE全面認(rèn)證，可根據(jù)要求提供CSA認(rèn)證。它們經(jīng)過(guò) 100% 生產(chǎn)測(cè)試，最高可達(dá) 6800 V rms，具體取決于隔離產(chǎn)品。

ADI公司的集成式RS-485隔離式收發(fā)器產(chǎn)品組合具有滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的靈活性和性能，同時(shí)與光耦合器方法相比具有許多優(yōu)勢(shì)。使能i耦合變壓器技術(shù)自2001年開(kāi)始批量生產(chǎn)，出貨量超過(guò)40億個(gè)通道，其可靠性得到了證明。我耦合器的使用壽命超過(guò)50年，并且不會(huì)受到傳統(tǒng)磨損的影響，而傳統(tǒng)磨損是替代光耦合器技術(shù)的基礎(chǔ)。