MAX3232每次只有在上电后,再连接串口线正常——保护电阻。RS232防雷保护

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MAX3232每次只有在上电后,再连接串⼝线正常——保护电阻。
RS232防雷保护
原问题:
做了块电路板,结果发现,要先对开发板上电, 再打开串⼝超级终端, 串⼝通信才可成功。
但是另外⼀块开发板却没有这个问题。
这⼀般是什么原因造成的?
⾃⼰遇到问题:
刚焊接好的板⼦,发现串⼝有问题,结果串⼝每次只有在断电上电后需要在上电后重新连接串⼝线
才能正常通信
原因简述:
缺少保护电阻,
解决办法:每次断电时拔掉串⼝线
下⾯所提到的问题,和上⾯链接中的问题(热插拔才可通信),其实是同⼀个问题,
可能的原因是
1. 232收发器芯⽚产⽣电压的那些⼩电容的数值是和数据⼿册上不太⼀致
2. 232收发器芯⽚和232插座之间缺少串联保护电阻,或保护电阻数值太⼩。
米饭碗
3. 原来的232收发器芯⽚可能部分失效了
如果1和2都已经做到了,将232收发器芯⽚的RXD输⼊管脚和插座RXD之间的串联保护电阻加⼤,⽐如换成1K或10K的,应该就可以了。如果还不成,就换个232芯⽚吧。
多说⼏句原因吧(以前碰到过该问题所以就研究过):
在不通信的时候,PC串⼝的TXD管脚会输出-5V左右的电压,于是在开发板上的232收发器芯⽚的RXD对应的输⼊管脚(R1IN或R2IN)上维持着-5V左右的电压。当开发板断电时,232收发器芯⽚的电源管脚没有电压,V+/V-管脚也没有电压,唯独RXD输⼊管脚
装载机称重系统
(R1IN或R2IN)上维持这⼀个-5V左右的电平,不⽤多说就能明⽩这意味着什么。假如习惯上每次给开发板断电后却让串⼝依旧和 PC保持连接,这意味这232收发器芯⽚长期承受着RXD输⼊管脚-5V但同时⼜让电源管脚和V+/V-为零电平,特别当PC的TXD
输出维持这超过-5V甚⾄超过-6V的时候,久⽽久之,这颗芯⽚就会渐渐部分失效或全部失效,于是通信就失败了。所以换⼀个芯⽚往往就可以解决这个问题。
每次先打开串⼝程序⽽没有通信的时候,-5V或以下的电压就加在TXD管脚上了,如果此时开发板断电但是却接着串⼝,就相当于初始状态是先让232收发器芯⽚处于上述异常的⼯作条件,然后再给开发板上电的时候,就可能出现通信不成功的状况。
这个时候当带电拔插⼀下串⼝,相当于让232收发器芯⽚的RXD输⼊管脚去掉-5V电压,⽽保持其电源管脚、V+、V-管脚的电压,这是232芯⽚回复到正常的⼯作条件。如果232收发器芯⽚的失效程度还不深(不会深度“抱死”),这个时候通信就可能恢复正常。
⽽如果重新启动⼀下串⼝程序,初始化过程会改变PC串⼝TXD的输出电压,让232收发器芯⽚的RXD管脚有⼀个恢复0电平的过程,这和上⾯拔插串⼝以便在RXD管脚上临时去掉⼀下-5V的电平,是⼀个效果。
另外,将那个RXD的串联电阻改⼤,起的作⽤就是在232收发器芯⽚的电源管脚掉电的时候,从RXD输⼊管脚(R1IN和R2IN)的输⼊电压被限流了,于是对芯⽚的损坏就不那么⼤,或者说进⼊故障异常的程度不会那么深,当开发板上电(也就是232收发器
芯⽚上电)的时候,就⽐较容易恢复正常状态。
通过实验的⽅法也可以验证上述分析。当开发板断电但是串⼝依然接着PC的时候,测量232收发器芯⽚对应于RXD输出到MCU的那个管脚,会发现该管脚的电压为显著的-0.x伏(被MCU的管脚给限制了所以不会很低,但是往往会有个-0.3或-0.5V)。当给开发板
上电后出现了上述故障时,测量⼀下232收发器芯⽚对应RXD输出到MCU的那个管脚的电平,你会发现该管脚⼀直维持为0电平,⽽不是期望的+3.3V/5V(取决于232收发器芯⽚的电源⼤⼩),这就是RXD输出管脚好像被“抱死”了。⽽⼀旦热插拔或重新初始
化PC的串⼝后,会看到那个管脚的电平就回复到+3.3/5V,可以正常通信了。
所以,两个建议:
1. 当开发板断电后,应该也拔掉串⼝线,否则232收发器芯⽚就可能长期处于异常的电平条件。
2. 从串⼝插座输⼊进来的信号,到232收发器芯⽚管脚之间应该串联较⼤的电阻,⽽不是类似于TXD信号那样接个5.1或22欧的⼩电阻。我⽐较习惯于⽤1K或470欧。
当然,这个串联电阻也不能太⼤,也要兼顾考虑串⼝线上的压降(⽐如线⽐较细或长)。
智能电表等系统已经⼴泛地应⽤到⼯业和⽣活的领域。在电表中使⽤⾃动抄表技术通过通信端⼝读取数据,⽽且⼤部分情况采⽤远程读数⽅式。对于电表应⽤来说既安全⼜节省了时间和⾦钱。实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠。由于 RS-485 标准具有长距离传输(1200 ⽶以上),最⼤传输数率可以达到
10Mbps,且⾼信号噪声印制。同时,RS-485 电路具有控制⽅便,成本低等优点,使多点连接成为可能。因此,RS-485 成为智能电表的标准通信接⼝。但 RS-485 ⼝传输线通常暴露于户外,因此极易因为雷击等原因引⼊过电压。⽽ RS-485 收发器⼯作电压较低(5V 左右),其本⾝耐压也⾮常低(-7V~ 12V),⼀旦过压引⼊,就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时,甚⾄可以看到收发器爆裂,线路板焦糊的现象。因此防雷击保护成为 RS-485 接⼝设计必须要考虑的。通常,如图所画,使⽤ PPTC 和 TVS 作为 RS-485的防雷击保护
当雷击发⽣时,感应过电压由 A/B 线引⼊,经过 PPTC,然后 GDT 作为初级共模防护,通常 GDT 可以承受 10KA(8x20us)浪涌冲击。
之后残压已经⼤⼤降低到 1KV 以下,然后 TVS 作为⼆级保护进⾏共模/差模保护,到收发器的电压被钳制在 12V 以下,同时,通过 A/B 线上的上拉电压可以保证 A/B 线上的电压保持在⾼电平。
⽽实现对收发器的浪涌保护。通常,对于 4KV 以下过电压,可以省去初级保护—--GDT。单⽤ TVS 就能实现浪涌保护的要求。当 RS-485总线与电⼒线(例如 220VAC)搭接短路时。A/B 线上的 PPTC 可以提供短路保护。但这种传统⽅式有问题需要考虑
1:GDT 浪涌击穿电压较⾼,这就意味着后⾯的电阻值⽐较⼤。这可能会影响传输距离减少
2:TVS 的漏电流较⾼,以 SMBJ6.0CA 来讲⼤致在 800uA 左右。这样会影响点对点通讯的可靠性
3:PPTC 的响应速度较慢,因此在电⼒塔接时,可能会造成 TVS 被交流击穿电表 RS-485 接⼝保护。
因此综上所述,是否有更好的 RS-485 防雷保护⽅案呢?这⾥,我们提出了⾃⼰的⼀种⽅案来满⾜更⾼可靠性的要求。
众所周知,TVS 是半导体保护器件,具有响应速度快,可靠性⾼的优点。但它是 Clamping 保护模式。其残压会⽐较⾼⽽我们的 Sidactor 作为半导体器件同样具有响应速度快,可靠性⾼的优点。但它是 Crowbar 保护模式。其导通以后保持电压低,同时还具有抗浪涌能⼒强,耐搭接能⼒强特点。请看
下⾯图显⽰的 TVS 与 Sidactor 的⼯作模式。
SIDACtor简介:双向顺态过电压保护器。SIDACtor是⼀种带负阻或正阻特性的新型浪涌吸收器,击穿电压为27~540V,导通电压仅3~
4V,可通过的浪涌电流为50~100A。与⽓体放电管、TVS和MOV等其它类型的瞬态电压保护器⽐较,SIDACtor具有导通阻抗和开通电压低、响应速度快、电流通量⼤及可靠性⾼等特点。因此,它是⼀种全能的电压保护器件。
SIDACtor⼯作原理:SIDAC是⼀种⼆端半导体器件,其内部结构与双向晶闸管⼗分相似,但是没有触发门极,是电压⾃触发器件。SIDAC 的⼯作状态如同⼀个开关。当电压低于断态峰值电压VDRM时,其漏电流IDRM极⼩(⼩于微安量级),为断开状态。当电压超过其击穿电压VBO时,产⽣瞬间雪崩效应。该雪崩电流⼀旦超过开关电流IS,即进⼊雪崩倍增,器件的阻抗骤然减⼩,电压降为导通电压(V<1.5V)。此时,SIDAC进⼊导通状态,允许通过⼤的通态电流(0.7-2安培,RMS值)。当电流降到最⼩维持电流IH值之下时,SIDAC恢复到其断开状态。
微型键盘它⼜称为半导体放电管,俗名:固体放电管 (上海雷卯),它⽤于通信防雷保护的不可缺少的器件。
射线灯1、RS232⼝防雷电路设计参考
网页压缩RS232⼝在通信设备上作为调试⽤接⼝、板间通信接⼝和监控信号接⼝,传输距离不超过15⽶。调试⽤接⼝使⽤⽐较频繁,经常带电拔插,因此接⼝会受到过电压、过电流的冲击,若不进⾏保护,很容易将接⼝芯⽚损坏。常⽤防护电路如图所⽰。
公司采⽤的RS232接⼝芯⽚的输出电压不超过±15V,对接⼝收发信号线的保护可以选⽤双向瞬态抑制⼆极管ESDA14V2L(90pF),限流电阻选100 欧姆,但当产品⽬标包括北美市场时,防护器件推荐选⽤1.5SMC18CA,它可以满⾜NEBS认证的需求。
⽤于板间通信的RS232接⼝电路可以不⽤防护电路设计,但其他场合应考虑在接⼝侧输⼊和输出管脚上采⽤防护电路。
2、RS422 或 RS485⼝防雷电路设计参考
2.1 室外⾛线RS422&RS485⼝防雷电路
当信号线⾛线较长,可能出户外时,端⼝的防护等级要求较⾼,此时可采⽤图7-12的防护电路。
图b
1)G1为三极⽓体放电管3R097CXA,主要起共模保护;
冷风门
2)R1、R2为2W/4.7欧姆电阻,阻值在不影响信号传输质量的情况下可以再取⼤⼀些;
3)整流桥四周和对地共六个⼆极管为快恢复⼆极管MURS120T3,整流桥中间为TVS管SM6T6V8A,起后级的共模和差模保护的作⽤。当被保护端⼝的信号速率不⾼时也可以采⽤图b中的电路。
2.2室内⾛线RS422&RS485⼝防雷电路
当接⼝⽤于⼩于10⽶的框间通信时,可根据需要确定是否加防护电路,分别给出了该使⽤条件下端⼝常⽤的单点和多点防护电路。
室内⾛线RS422&RS485⼝单点防护电路
室内⾛线RS422&RS485⼝⼀点对多点防护电路
采⽤的RS422和RS485接⼝芯⽚的输出电压不超过±5V,对接⼝收发信号线的保护可以选⽤瞬态抑制⼆极管PSOT05C等,输出端限流电阻选33欧姆(1/4W)。

本文发布于:2023-05-24 06:29:34,感谢您对本站的认可!

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