电磁环境由辐射和传导两种能量组成,因此EMC包括两个方面:发射和耐受性。EMC是指电气系统在目标电磁环境下保持良好性能且不会向该环境引入大量电磁干扰的能力。本文讨论如何提高RS-485端口的EMC耐受性以防范三种主要EMC瞬变。
国际电工委员会(IEC)是致力于制定和发布所有电气、电子和相关技术国际标准的全球领先组织。自1996年以来,向欧盟出售或在欧盟范围内出售的所有电子设备都必须达到IEC 61000-4-x规范定义的EMC级别。
IEC 61000规范定义了一组EMC抗扰度要求,适用于在住宅、商业和轻工业环境中使用的电气和电子设备。这组规范包括以下三类高电压瞬变,电子设计人员必须确保数据通信线路不受它们损害:
- IEC 61000-4-2 静电放电(ESD)
- IEC 61000-4-4 电快速瞬变(EFT)
- IEC 61000-4-5 电涌耐受性
瞬变保护
设计瞬变保护电路时,设计人员必须考虑以下主要事项:
- 该电路必须防止或限制瞬变引起的损坏,并允许系统恢复正常工作,性能影响极小。
- 保护方案应当非常可靠,足以处理系统在实际应用经受到的瞬变类型和电压水平。
- 瞬变时长是一个重要因素。对于长时间瞬变,热效应可能会导致某些保护方案失效。
- 正常条件下,保护电路不得干扰系统运行。
上图显示一个典型保护方案,其特征是具有两重保护:主保护和次级保护。主保护可将大部分瞬变能量从系统转移开,通常位于系统和环境之间的接口。它旨在将瞬变分流至地,从而消除大部分能量。
次级保护的目的是保护系统各个部件,使其免受主保护允许通过的任何瞬态电压和电流的损坏。它经过优化,确保能够抵御残余瞬变影响,同时允许系统的敏感部分正常工作。主保护和次级保护的设计必须与系统I/O协同工作,从而最大程度地降低对受保护电路的压力,这点很重要。主保护器件与次级保护器件之间一般有一个协调元件,如电阻或非线性过流保护器件等,用以确保二者协同应对瞬变。
在实际工业应用中,RS-485通信端口遇到这些瞬变时可能遭到损坏。EMC问题如果是在产品设计周期后期才发现,可能需要重新设计,导致计划延迟,代价巨大。因此,EMC问题应在设计周期开始时就予以考虑,否则可能后悔莫及,无法实现所需的EMC性能。