CN214278699U - 一种rs485通讯电路以及电器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电路技术领域，尤其涉及一种RS485通讯电路以及电器装置，RS485通讯电路包括RS485单元、输入ESD防护单元、输出EMI单元以及输出防浪涌单元，输入ESD防护单元连接RS485单元，输出EMI单元分别连接RS485单元和输出防浪涌单元。通过设置输入ESD防护单元、输出EMI单元以及输出防浪涌单元，使得RS485通讯电路具有ESD保护及EMI兼容性，且能够抗击浪涌冲击，从而保证通讯的正常进行且能保证电路的安全性。

Description

一种RS485通讯电路以及电器装置

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，尤其涉及一种RS485通讯电路以及电器装置。

背景技术

RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准保证了数字通信网络即使在远距离、电子噪声较大的情况下也可以有效传输信号。

现有的RS485通讯器仅仅在输出总线上设有二极管，以此实现保护。但该保护方式无法做到很好的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)兼容性，很容易受到外部干扰而导致通讯失败，且输入缺少ESD(Electro-Static discharge，静电释放)保护，另外，输出抗冲击能力很弱，经常在某些个浪涌的冲击之下，导致防护二极管失效，而在防护二极管失效之后，进一步使得通讯芯片失效，从而导致通讯失败。

实用新型内容

本实用新型提供一种RS485通讯电路，旨在解决现有RS485通讯器保护方式简单，无法实现兼容EMI，缺少ESD保护，且输出抗冲击能力很弱的技术问题。

本实用新型是这样实现的，提供一种RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485单元、输入ESD防护单元、输出EMI单元以及输出防浪涌单元，所述输入ESD防护单元连接所述RS485单元，所述输出EMI单元分别连接所述RS485单元和所述输出防浪涌单元。

更进一步地，所述输入ESD防护单元包括ESD二极管阵列和独立ESD二极管，所述ESD二极管阵列和所述独立ESD二极管分别连接所述RS485单元的端口。

更进一步地，所述输入ESD防护单元还包括第一接口匹配电阻、第二接口匹配电阻、第三接口匹配电阻以及去耦电容，所述第一接口匹配电阻分别连接所述ESD二极管阵列和所述RS485单元的端口，所述第二接口匹配电阻分别连接所述独立ESD二极管和所述RS485单元的端口，所述第三接口匹配电阻分别连接所述ESD二极管阵列和所述RS485单元的端口，所述去耦电容连接所述ESD二极管阵列。

更进一步地，所述输出EMI单元包括共模电感、第一信号滤波电容、第二信号滤波电容、第三信号滤波电容、第一差模EMI磁珠以及第二差模EMI磁珠，所述共模电感分别连接所述RS485单元的端口、所述第一信号滤波电容一端、所述第二信号滤波电容一端、所述第三信号滤波电容一端以及所述第一差模EMI磁珠，所述第一信号滤波电容另一端连接所述第二差模EMI磁珠，所述第二信号滤波电容另一端连接所述第三信号滤波电容另一端。

更进一步地，所述RS485通讯电路还包括第一通讯端口匹配电阻和第二通讯端口匹配电阻，所述第一通讯端口匹配电阻一端连接所述RS485单元的端口，所述第一通讯端口匹配电阻另一端连接所述共模电感，所述第二通讯端口匹配电阻一端连接所述RS485单元的端口，所述第二通讯端口匹配电阻另一端连接所述共模电感。

更进一步地，所述RS485通讯电路还包括上拉电阻和下拉电阻，所述上拉电阻一端分别连接所述RS485单元的端口和电源端，所述上拉电阻另一端分别连接所述第二通讯端口匹配电阻和所述共模电感，所述下拉电阻一端分别连接所述RS485单元的端口和接地端，所述下拉电阻另一端分别连接所述第一通讯端口匹配电阻和所述共模电感。

更进一步地，所述RS485通讯电路还包括总线匹配电阻和插接件，所述插接件分别连接所述共模电感、所述第一自恢复保险丝以及所述总线匹配电阻一端，所述总线匹配电阻另一端分别连接所述共模电感和所述第二自恢复保险丝。

更进一步地，所述输出防浪涌单元包括第一双向二极管、第二双向二极管、第三双向二极管、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、气体放电管、压敏电阻以及高压电容，所述第一双向二极管一端分别连接所述输出EMI单元、所述第二双向二极管一端以及所述第一自恢复保险丝一端，所述第一双向二极管另一端分别连接所述输出EMI单元、所述第三双向二极管一端以及所述第二自恢复保险丝一端，所述第二双向二极管另一端连接所述第三双向二极管另一端，所述第一自恢复保险丝另一端连接所述气体放电管一端，所述第二自恢复保险丝另一端连接所述气体放电管另一端，所述气体放电管还分别连接所述压敏电阻和所述高压电容。

更进一步地，所述RS485电路还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元连接所述RS485单元的端口。

本实用新型还提供一种电器装置，所述电器装置包括如上所述的RS485通讯电路。

本实用新型的有益效果在于，通过设置输入ESD防护单元、输出EMI单元以及输出防浪涌单元，使得RS485通讯电路具有ESD保护及EMI兼容性，且能够抗击浪涌冲击，从而保证通讯的正常进行且能保证电路的安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的RS485通讯电路的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的RS485通讯电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的共用压敏电阻和高压电容的RS485通讯电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型提供的RS485通讯电路中，设有输入ESD防护单元200、输出EMI单元300以及输出防浪涌单元400，具有ESD保护及EMI兼容性，且能够抗击浪涌冲击，从而保证通讯的正常进行且能保证电路的安全性。

实施例一

参考图1，本实施例提供一种RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485单元100、输入ESD防护单元200、输出EMI单元300以及输出防浪涌单元400，所述输入ESD防护单元200连接所述RS485单元100，所述输出EMI单元300分别连接所述RS485单元100和所述输出防浪涌单元400。其中，RS485单元100为RS485芯片。

通过设置输入ESD防护单元200、输出EMI单元300以及输出防浪涌单元400，使得RS485通讯电路具有ESD保护及EMI兼容性，保证在强干扰的环境下也能够保证通讯的正常进行，且能够抗击浪涌冲击，保证电路的安全性。

实施例二

参考图2，在实施例一的基础上，本实施例二的所述输入ESD防护单元200包括ESD二极管阵列DZ1和独立ESD二极管DZ2，所述ESD二极管阵列DZ1和所述独立ESD二极管DZ2分别连接所述RS485单元100的端口。

其中，ESD二极管阵列DZ1可采用的型号是PRTR5V0U2AX，其内部结电容很小，信号端对地只有1.8pF，电源端对地只有16pF，可用于5V高速信号的保护，经常用于USB通讯信号的保护。通过使用ESD二极管阵列DZ1可保护RS485单元100的RXD和TXD通讯信号，同时，内嵌的电源保护二极管可用于5V电源的保护。独立ESD二极管DZ2可采用的型号是PESD5V0L1UA，结电容只有25pF，用于RS485单元100收发控制端的保护。

进一步地，参考图2，所述输入ESD防护单元200还包括第一接口匹配电阻R1、第二接口匹配电阻R2、第三接口匹配电阻R3以及去耦电容，所述第一接口匹配电阻R1分别连接所述ESD二极管阵列DZ1和所述RS485单元100的端口，所述第二接口匹配电阻R2分别连接所述独立ESD二极管DZ2和所述RS485单元100的端口，所述第三接口匹配电阻R3分别连接所述ESD二极管阵列DZ1和所述RS485单元100的端口，所述去耦电容连接所述ESD二极管阵列DZ1。

其中，第一接口匹配电阻R1、第二接口匹配电阻R2以及第三接口匹配电阻R3用于减小高频尖峰，提高抗干扰能力；去耦电容可以减小RS485芯片工作带来的纹波电压，同时还可以吸收ESD二极管阵列DZ1起保护时的尖峰电压。

实施例三

参考图2，在实施例一的基础上，本实施例三的所述输出EMI单元300包括共模电感L1、第一信号滤波电容C2、第二信号滤波电容C3、第三信号滤波电容C4、第一差模EMI磁珠L2以及第二差模EMI磁珠L3，所述共模电感L1分别连接所述RS485单元100的端口、所述第一信号滤波电容C2一端、所述第二信号滤波电容C3一端、所述第三信号滤波电容C4一端以及所述第一差模EMI磁珠L2，所述第一信号滤波电容C2另一端连接所述第二差模EMI磁珠L3，所述第二信号滤波电容C3另一端连接所述第三信号滤波电容C4另一端。

其中，共模电感L1用于抑制信号线上的共模干扰，主要采用信号级共模电感L1，阻抗在600Ω/100MHz以上，封装在1206贴片左右的，减小对电路板空间的占用。第一信号滤波电容C2、第二信号滤波电容C3以及第三信号滤波电容C4用于滤除信号线上的差模干扰和共模干扰，其大小可以根据通讯速率和现场的干扰程度做调整，目前的典型值是100pF，可以满足9600～1Mbps的速度要求。第一差模EMI磁珠L2以及第二差模EMI磁珠L3用于滤除输入的高频差模干扰，其阻抗也是可以根据现场的通讯速率和干扰程度做调整，目前的典型值是120Ω/100MHz，封装为0805贴片，直流电阻只有0.1Ω。

进一步地，参考图2，所述RS485通讯电路还包括第一通讯端口匹配电阻R4和第二通讯端口匹配电阻R5，所述第一通讯端口匹配电阻R4一端连接所述RS485单元100的端口，所述第一通讯端口匹配电阻R4另一端连接所述共模电感L1，所述第二通讯端口匹配电阻R5一端连接所述RS485单元100的端口，所述第二通讯端口匹配电阻R5另一端连接所述共模电感L1。

其中，第一通讯端口匹配电阻R4和第二通讯端口匹配电阻R5用于防止端口直接对信号地短路。

进一步地，参考图2，所述RS485通讯电路还包括上拉电阻R11和下拉电阻R12，所述上拉电阻R11一端分别连接所述RS485单元100的端口和电源端，所述上拉电阻R11另一端分别连接所述第二通讯端口匹配电阻R5和所述共模电感L1，所述下拉电阻R12一端分别连接所述RS485单元100的端口和接地端，所述下拉电阻R12另一端分别连接所述第一通讯端口匹配电阻R4和所述共模电感L1。

其中，通过上拉电阻R11和下拉电阻R12，可确保在没有通讯信号的状态下，系统默认处于1电平。

进一步地，参考图2，所述RS485通讯电路还包括总线匹配电阻R6和插接件JP1，所述插接件JP1分别连接所述共模电感L1、所述第一自恢复保险丝F1以及所述总线匹配电阻R6一端，所述总线匹配电阻R6另一端分别连接所述共模电感L1和所述第二自恢复保险丝F2。

其中，在多机并联模式下，总线匹配电阻R6一般一个网络接2个120Ω电阻。

实施例四

参考图2，在实施例一的基础上，本实施例四的所述输出防浪涌单元400包括第一双向二极管DZ3、第二双向二极管DZ4、第三双向二极管DZ5、第一自恢复保险丝F1、第二自恢复保险丝F2、气体放电管G1、压敏电阻RV1以及高压电容C6，所述第一双向二极管DZ3一端分别连接所述输出EMI单元300、所述第二双向二极管DZ4一端以及所述第一自恢复保险丝F1一端，所述第一双向二极管DZ3另一端分别连接所述输出EMI单元300、所述第三双向二极管DZ5一端以及所述第二自恢复保险丝F2一端，所述第二双向二极管DZ4另一端连接所述第三双向二极管DZ5另一端，所述第一自恢复保险丝F1另一端连接所述气体放电管G1一端，所述第二自恢复保险丝F2另一端连接所述气体放电管G1另一端，所述气体放电管G1还分别连接所述压敏电阻RV1和所述高压电容C6。

其中，第一双向二极管DZ3、第二双向二极管DZ4以及第三双向二极管DZ5组成TVS防护网，该部分电路起到输入信号限压的作用，确保输入的电平满足RS485芯片的要求。根据RS485工业标准SN75176的要求，输入信号的电压范围必须限制在-7～+12V之间，这里考虑器件选型的方便性，以及保护功率的要求，选择双向6.8V的二极管SMB6.8CA。在实际的应用过程中，如果冲击电流不大的话，也可以选择小电流的SM712来做。第一自恢复保险丝F1、第二自恢复保险丝F2起输入限流的作用，正温度系数的电阻阻值随电流增大而增大，这里选250Vac/120mA规格的，可以阻断正常的220Vac交流电，保证系统在功率电入侵状态下的安全。气体放电管G1具有很小的寄生电容，对输入信号造成的衰减很小，中间引脚通过压敏电阻RV1接到保护地，可以防止雷击浪涌。压敏电阻RV1对雷击电流起泄放作用，高压电容C6吸收雷击能量的尖峰。需要说明的是，若有多个RS485通讯电路需要防冲击的话，参考图3，压敏电阻RV1和高压电容C6可共用一组，以节约成本。

实施例五

在实施例一至实施例四的基础上，本实施例五的所述RS485电路还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元连接所述RS485单元100的端口。通过设置输入隔离单元，可做到安规隔离，增加电路的使用范围。

其中，输入隔离单元包括光耦隔离或者数字隔离，根据实际应用情况，进行灵活配置。具体来说，根据速度和爬电距离可以有如下选择：

1、按照通讯速度分：通讯速度在9600bps以下的，可以选择低成本的通用光耦EL816，EL3H7C，EL1019；速度在9600bps以上的可选高速光耦6N137，HCNW2611，FOD8160，以及数字隔离芯片ISO7221，ISO7241，ISO7741等。

2、按照隔离电压和爬电距离分：(1)爬电距离4mm，隔离电压2.5kV的EL3H7C，ISO7221等；(2)爬电距离7mm，隔离电压3.75kV的6N137，EL816，爬电距离8mm，隔离电压5kV的EL1019，ISO7241等；(3)爬电距离10mm，隔离电压8kV的FOD8160，爬电距离14.2mm，隔离电压8kV的ISO7741等；(4)爬电距离25mm，隔离电压15kV的光纤隔离器AFBR-390525RZ等。

当然，在其它实施例中，也可以采用其它作为输入隔离单元，例如使用隔离与通讯集成一体的芯片，如ISO3082，ISO1176等。

实施例六

本实施例六提供一种电器装置，所述电器装置包括如实施例一至实施例五所述的RS485通讯电路。RS485通讯电路通过设置输入ESD防护单元200、输出EMI单元300以及输出防浪涌单元400，使得RS485通讯电路具有ESD保护及EMI兼容性，保证在强干扰的环境下也能够保证通讯的正常进行，且能够抗击浪涌冲击，保证电路的安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RS485通讯电路，其特征在于，所述RS485通讯电路包括RS485单元、输入ESD防护单元、输出EMI单元以及输出防浪涌单元，所述输入ESD防护单元连接所述RS485单元，所述输出EMI单元分别连接所述RS485单元和所述输出防浪涌单元。

2.如权利要求1所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述输入ESD防护单元包括ESD二极管阵列和独立ESD二极管，所述ESD二极管阵列和所述独立ESD二极管分别连接所述RS485单元的端口。

3.如权利要求2所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述输入ESD防护单元还包括第一接口匹配电阻、第二接口匹配电阻、第三接口匹配电阻以及去耦电容，所述第一接口匹配电阻分别连接所述ESD二极管阵列和所述RS485单元的端口，所述第二接口匹配电阻分别连接所述独立ESD二极管和所述RS485单元的端口，所述第三接口匹配电阻分别连接所述ESD二极管阵列和所述RS485单元的端口，所述去耦电容连接所述ESD二极管阵列。

4.如权利要求1所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述输出EMI单元包括共模电感、第一信号滤波电容、第二信号滤波电容、第三信号滤波电容、第一差模EMI磁珠以及第二差模EMI磁珠，所述共模电感分别连接所述RS485单元的端口、所述第一信号滤波电容一端、所述第二信号滤波电容一端、所述第三信号滤波电容一端以及所述第一差模EMI磁珠，所述第一信号滤波电容另一端连接所述第二差模EMI磁珠，所述第二信号滤波电容另一端连接所述第三信号滤波电容另一端。

5.如权利要求4所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述RS485通讯电路还包括第一通讯端口匹配电阻和第二通讯端口匹配电阻，所述第一通讯端口匹配电阻一端连接所述RS485单元的端口，所述第一通讯端口匹配电阻另一端连接所述共模电感，所述第二通讯端口匹配电阻一端连接所述RS485单元的端口，所述第二通讯端口匹配电阻另一端连接所述共模电感。

6.如权利要求5所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述RS485通讯电路还包括上拉电阻和下拉电阻，所述上拉电阻一端分别连接所述RS485单元的端口和电源端，所述上拉电阻另一端分别连接所述第二通讯端口匹配电阻和所述共模电感，所述下拉电阻一端分别连接所述RS485单元的端口和接地端，所述下拉电阻另一端分别连接所述第一通讯端口匹配电阻和所述共模电感。

7.如权利要求4所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述RS485通讯电路还包括总线匹配电阻和插接件，所述插接件分别连接所述共模电感、所述第一自恢复保险丝以及所述总线匹配电阻一端，所述总线匹配电阻另一端分别连接所述共模电感和所述第二自恢复保险丝。

8.如权利要求1所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述输出防浪涌单元包括第一双向二极管、第二双向二极管、第三双向二极管、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、气体放电管、压敏电阻以及高压电容，所述第一双向二极管一端分别连接所述输出EMI单元、所述第二双向二极管一端以及所述第一自恢复保险丝一端，所述第一双向二极管另一端分别连接所述输出EMI单元、所述第三双向二极管一端以及所述第二自恢复保险丝一端，所述第二双向二极管另一端连接所述第三双向二极管另一端，所述第一自恢复保险丝另一端连接所述气体放电管一端，所述第二自恢复保险丝另一端连接所述气体放电管另一端，所述气体放电管还分别连接所述压敏电阻和所述高压电容。

9.如权利要求1至8任一项所述的RS485通讯电路，其特征在于，所述RS485电路还包括输入隔离单元，所述输入隔离单元连接所述RS485单元的端口。

10.一种电器装置，其特征在于，所述电器装置包括如权利要求1至9任一项所述的RS485通讯电路。

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