CN204156895U - 一种全波输出的rs485隔离器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种全波输出的RS485隔离器,该隔离器中依次连接为输入接口电路、光电耦合器隔离电路、RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路,由DC/DC隔离电源电路为该隔离器供电,该RS485使能控制电路包括光电耦合器U2输出端电路、与非门逻辑电路和收发器U4输入端电路,该电路经光电耦合器U2隔离后,输出电信号经与非门逻辑电路与收发器相连,光电耦合器U2输出端电路和与非门逻辑电路间,该光电耦合器U2输出端7、8脚间并联一个电阻R9,该8脚与该光电耦合器U2的6脚之间并联一个电阻R10,经与非门逻辑电路输出高/低电平到收发器U4输入端电路。本实用新型RS485隔离器具有完整的正负波形信号输出,满足了高速的RS485接口和PROFIBUS现场总线产品的运用。

Description

—种全波输出的RS485隔离器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及通讯技术领域,具体是一种全波输出的RS485隔离器。
背景技术
[0002] RS485和PR0FIBUS是目前自动化领域广泛使用的总线产品,一条RS485或PR0FIBUS总线上允许接入多达几十个以上的RS485节点设备。由于各节点设备具有不同的地电位,这就可能使得RS485节点之间的电位差超过允许范围而损坏RS485接口;当RS485总线电缆上感应到电涌或遭受雷电时,也会使设备的RS485接口产生干扰甚至损坏;当系统中存在大功率变频器时,往往会对RS485设备造成通讯干扰,产生各种故障。
[0003] 解决以上问题自然会想到使用RS485中继器或隔离器将设备的RS485接口进行隔离,使各个RS485节点之间没有电的连接,从而达到抗干扰和保护接口的目的。但目前公知的RS485隔离器或中继器只能输出完整的负半波信号,正半波信号往往只是一个固定宽度的脉冲,不能随波特率的变化而变化,这样的隔离器或中继器只能用于低速(100Kbps以下)的RS485接口,无法用于高速(IMbps以上)的RS485接口和PR0FIBUS现场总线产品。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于:针对上述现有技术的不足,提供一种全波输出的全波输出的RS485隔尚器。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是,一种全波输出的RS485隔离器,所述隔离器中依次连接为输入接口电路、光电耦合器隔离电路、RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路,由DC/DC隔离电源电路为该隔离器供电,所述RS485使能控制电路包括光电耦合器U2输出端电路、与非门逻辑电路和收发器U4输入端电路,该电路由光电耦合器U2隔离后,输出的电信号通过与非门逻辑电路与收发器相连,在光电耦合器U2输出端电路和与非门逻辑电路之间,该光电耦合器U2输出端7、8脚间并联一个电阻R9,该8脚与该光电耦合器U2的6脚之间并联一个电阻R10,经与非门逻辑电路输出高/低电平到收发器U4输入端电路。
[0006] 所述RS485输入接口电路包括光电稱合器Ul输入端电路、光电稱合器U2输入端电路、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6,该输入接口电路端口 A、B间通过并联一个光电稱合器Ul输入端电路后,在该端口 B电路上串联一个电阻R6,和端口 A之间并联一个的电阻R5,再和光电稱合器U2输入端电路相连,其中,在端口 A和光电f禹合器Ul输入端电路的7脚、8脚之间分别串联一个电阻R4、Rl,在端口 B和光电稱合器Ul输入端电路的6脚之间串联一个电阻R3,在该串联电阻R3和端口 B之间及串联一个电阻Rl和光电稱合器Ul输入端电路的8脚之间并联一个电阻R2。
[0007] 进一步,所述DC/DC隔离电源电路包括隔离双电压输出DC-DC电源模块、肖特基二极管和微功率电源模块,输入DC5V/DC24V电压,通过肖特基二极管与隔离双电压输出DC-DC电源模块相连,在输入DC24V电压和肖特基二极管之间设有微功率电源模块,输入隔离双电压输出DC-DC电源模块的电压,经该模块输出端输出两路DC5V的电压,一路电源提供给RS485输入接口电路另一路电源提供给RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路。
[0008] 本实用新型的有益效果是:RS485隔离器具有不失真的完整的正负波形信号输出和两次光电耦合器隔离处理及电涌保护电路,满足了高速的RS485接口和PR0FIBUS现场总线产品的运用,不仅避免了损失信号传输速率和距离,还能消除RS485的地电位干扰,并能防止电涌和雷击对RS485接口的损坏。
附图说明
[0009] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0010] 图1是本实用新型的连接方框图。
[0011] 图2是本实用新型的电路原理图。
[0012] 图3是本实用新型的RS485使能控制电路图。
[0013] 图4是本实用新型的RS485输入接口电路图。
[0014] 图5是本实用新型的DC/DC隔离电源电路图。
[0015] 图6是本实用新型的输出接口电路和电涌保护电路图。
[0016] 图中代号含义:肖特基二极管一(Dl、D2);微功率电源模块一PWl ;隔离双电压输出DC-DC电源模块一PW2 ;瞬态抑制二极管一(TV1、TV2);光电耦合器一(U1、U2);与非门逻辑电路一U3 ;收发器一U4。
具体实施方式
[0017] 参见图1、图2所示:本实用新型是一种全波输出的RS485隔离器,所述隔离器中依次连接为输入接口电路、光电耦合器隔离电路、RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路,由DC/DC隔离电源电路为该隔离器供电。
[0018] 该RS485输入接口电路,参见图4所不:包括光电稱合器Ul (光电稱合器简称Ul,米用的模块型号:HCPL-0631,下同)输入端电路、光电稱合器U2 (光电稱合器简称U2,米用的模块型号:HCPL-0631,下同)输入端电路、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6,该输入接口电路端口 A、B间通过并联一个光电耦合器Ul输入端电路后,在该端口 B电路上串联一个电阻R6,和端口 A之间并联一个的电阻R5,再和光电稱合器U2输入端电路相连,其中,在端口 A和光电耦合器Ul输入端电路的7脚、8脚之间分别串联一个电阻R4、R1,在端口 B和光电耦合器Ul输入端电路的6脚之间串联一个电阻R3,在该串联电阻R3和端口 B之间及串联一个电阻Rl和光电耦合器Ul输入端电路的8脚之间并联一个电阻R2 (B卩,RS485输入接口电路主要由电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和光电耦合器Ul、U2输入端电路组成,光电耦合器Ul和电阻R1、R2、R3、R4组成差动输出信号送到设备的RS485 口,但该差动信号并不足以使光电耦合器U2的输入端导通;设备输出的RS485信号经电阻R5、R6限流后输入到U2的输入端并使光电耦合器导通;光电耦合器U2接收到从设备RS485 口来的信号,其正负信号使得U2输出端的6脚和7脚交替导通,经与非门U3运算后得到RS485收发器U4的使能控制信号,无论RS485信号是正半波还是负半波,该使能控制信号都有效,这样就使得U4能够输出具有完整正负波形的RS485信号)。
[0019] 光电稱合器隔离电路由光电稱合器Ul、U2组成。
[0020] 该RS485使能控制电路,参见图3所示:包括光电耦合器U2,输出端电路、与非门逻辑电路和收发器U4(采用的模块型号:SP485EEN)输入端电路,该电路由光电耦合器U2隔离后,输出的电信号通过与非门逻辑电路U3(采用的模块型号:74HCT1G00)与收发器U4相连,在光电I禹合器U2输出端电路和与非门逻辑电路之间,该光电I禹合器U2输出端7、8脚间并联一个电阻R9,该8脚与该光电耦合器U2的6脚之间并联一个电阻R10,经与非门逻辑电路输出高/低电平到收发器U4输入端电路;RS485使能控制电路,由光电耦合器U2接收到从设备RS485 口来的信号,其正负信号使得U2输出端的6脚和7脚交替导通,经与非门逻辑电路U3运算后4脚发出使能控制信号,让收发器U4 (收发器U4简称U4,下同)得到使能控制信号,无论RS485信号是正半波还是负半波,该使能控制信号都有效,这样就使得U4能够输出具有完整正负波形的RS485信号;经过隔离后的RS485信号的波形与隔离前的波形完全相同无失真,当由设备输入的RS485信号为正半波时,光电耦合器U2的1、2脚内部的发光二极管导通,3、4脚内部的发光二极管截止,U2的7脚输出低电平,6脚输出高电平,经与非门逻辑电路U3运算后U3输出高电平,使RS485隔离器的使能控制端有效,U4输出正半波信号;当由设备输入的RS485信号为负半波时,光电I禹合器U2的3、4脚内部的发光二极管导通,1、2脚内部的发光二极管截止,U2的6脚输出低电平,7脚输出高电平,经与非门逻辑电路U3运算后U3输出高电平,使RS485芯片的使能控制端有效,U4输出负半波信号;当由设备输入的RS485信号空闲时,U2的二个输入二极管均截止,其6、7脚输出高电平,经与非门逻辑电路U3运算后输出低电平,使RS485芯片的使能控制端为低电平,U4处于接收状态。
[0021] 该DC/DC隔离电源电路,参见图5所示:包括隔离双电压输出DC-DC电源模块(SP,PW2,采用的型号:D050505S-1W)、肖特基二极管(BP, DU D2,采用型号是:1N5817)和微功率电源模块(即,PW1,采用的型号是:B2405S-1W),可知,DC/DC电源隔离电路由DC/DC隔离电源模块PWl、PW2和二极管Dl、D2组成,输入DC5V/DC24V电压,通过肖特基二极管与隔离双电压输出DC-DC电源模块相连,在输入DC24V电压和肖特基二极管之间设有微功率电源模块,输入隔离双电压输出DC-DC电源模块的电压,经该模块输出端输出两路DC5V的电压,一路电源提供给RS485输入接口电路另一路电源提供给RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路;DC/DC隔离电源模块PWl、PW2和二极管Dl、D2组成的供电电路,可以自动选择用户的RS485插座(DB9F孔座)的7脚(+ )和2脚(-)提供的24VDC电源供电,或6脚(+ )和5脚(-)提供5VDC电源供电,有其一即可满足该电路的供电,这样可以适应广泛的现场总线设备。
[0022] 参见图6所示:RS485输出接口电路由RS485收发器U4和电阻R16、R17组成;电涌保护电路由TVS器件TV1、TV2(即,瞬态抑制二极管,采用的型号是:SC5.0CA)和自恢复保险F1、F2 (采用的型号是:JK60-010)组成。
[0023] 本实用新型的工作原理为:
[0024] 由设备来的RS485信号经RS485输入接口电路匹配后,由光电耦合器Ul、U2进行隔离,隔离后的信号由与非门逻辑电路U3运算后得到RS485隔离器的使能控制信号,由该控制信号控制RS485收发器U4的信号接收和信号发送;DC/DC电源隔离模块PWl和PW2及二极管Dl、D2组成双电源供电电路,保证了无论设备只提供5VDC输出电源还是只提供24VDC输出电源或二者兼具,都能使本电路得到工作电源。
[0025] 本实用新型的工作状态:
[0026] 当待机状态时,RS485总线空闲,即B1、A1端子和设备的RS485 口 B、A均无信号输入输出时,电阻R5上也就是B、A间的电压约为0.8V,这个电压保证了设备的RS485 口处于空闲状态,同时这个电压不能使光电耦合器U2导通,U2的6脚和7脚均输出高电平,使与非门逻辑电路U3的4脚输出低电平,RS485芯片U4处于数据接收的待机空闲状态;
[0027] 当接收信号时,当隔离器的B1、Al端子接收到RS485总线电缆上正负交替的信号时,RS485收发器U4的I脚交替输出高电平和低电平,使光电耦合器Ul内部的二路光电耦合器通道交替导通和截止,Ul的6脚和7脚与电阻Rl、R2、R3、R4组成的差动电路输出约
0.8V的差动信号至设备的RS485接口 B、A。这个差动信号电压满足RS485接收有效电平需大于0.2V的标准,但又不能使光电耦合器U2的输入端导通,避免了信号的的反馈而不至于产生信号自激;
[0028] 当发送信号时,当装置的RS485接口 B、A端输出正负交替的RS485信号时,将在电阻R5上产生约±2.5V的信号电平,经电阻R6限流后使得光电耦合器U2内部的二路光电耦合器通道交替导通和截止,U2的6脚和7脚与电阻R9、RlO组成的电路输出交替变化的高电平和低电平到与非门逻辑电路U3,经U3运算后输出高电平去控制RS485收发器U4的收发使能控制端(U4的2、3脚)打开U4的发送器,使U4的6脚和7脚输出RS485信号到总线电缆。U4的发送器输入信号4脚接到光电耦合器的6脚,保证了 U4发送器输出的信号与B、A端的信号同相位。这种RS485收发使能控制方式保证了输出不失真的完整的正负波形的RS485信号,不会损失信号传输速率和距离。
[0029] B2、A2端子和开关K1、电阻R13、R14、R15组成RS485终端电阻切换电路,这是RS485通讯中的一种常规电路;发光二极管LED1、LED2、电阻R11、R12实现数据收发状态指示;DC/DC电源隔离模块PW1、PW2和二极管D1、D2实现电源的隔离与分配。
[0030] 以上实施例的技术方案仅用以说明本实用新型,而非对其限制。

Claims (3)

1.一种全波输出的RS485隔离器,所述隔离器中依次连接为输入接口电路、光电耦合器隔离电路、RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路,由DC/DC隔离电源电路为该隔离器供电;其特征在于:所述RS485使能控制电路包括光电耦合器U2输出端电路、与非门逻辑电路和收发器U4输入端电路,该电路由光电耦合器U2隔离后,输出的电信号通过与非门逻辑电路与收发器相连,在光电耦合器U2输出端电路和与非门逻辑电路之间,该光电稱合器U2输出端7、8脚间并联一个电阻R9,该8脚与该光电稱合器U2的6脚之间并联一个电阻R10,经与非门逻辑电路输出高/低电平到收发器U4输入端电路。
2.根据权利要求1所述的全波输出的RS485隔离器,其特征在于:所述RS485输入接口电路包括光电稱合器Ul输入端电路、光电稱合器U2输入端电路、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6,该输入接口电路端口 A、B间通过并联一个光电耦合器Ul输入端电路后,在该端口 B电路上串联一个电阻R6,和端口 A之间并联一个的电阻R5,再和光电稱合器U2输入端电路相连,其中,在端口 A和光电稱合器Ul输入端电路的7脚、8脚之间分别串联一个电阻R4、R1,在端口 B和光电I禹合器Ul输入端电路的6脚之间串联一个电阻R3,在该串联电阻R3和端口 B之间及串联一个电阻Rl和光电耦合器Ul输入端电路的8脚之间并联一个电阻R2。
3.根据权利要求1或2所述的全波输出的RS485隔离器,其特征在于:所述DC/DC隔离电源电路包括隔离双电压输出DC-DC电源模块、肖特基二极管和微功率电源模块,输入DC5V/DC24V电压,通过肖特基二极管与隔离双电压输出DC-DC电源模块相连,在输入DC24V电压和肖特基二极管之间设有微功率电源模块,输入隔离双电压输出DC-DC电源模块的电压,经该模块输出端输出两路DC5V的电压,一路电源提供给RS485输入接口电路,另一路电源提供给RS485使能控制电路、RS485输出接口电路和电涌保护电路。
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