图像
Tom Kugelstadt
Tom Kugelstadt
首席应用工程师
已发布: 2023年11月8日

使用 RS-485 收发器的工业网络每天都会受到电快速瞬变 (EFT) 轰炸。 这些瞬变通常以突发的形式发生,起源于由于感性负载中断(开关)、继电器触点弹跳等引起的开关瞬变。这些瞬变会破坏传输总线节点之间的数据,甚至损坏收发器设备,导致网络停机。 因此,为了确保从 EFT 事件中快速恢复,需要器件内部瞬态抑制电路,以维持网络运行。

电快速瞬变起源

断电时,继电器、开关接触器或重型电机等感性负载会在配电系统上产生狭窄的高频瞬变突发。 当公用事业提供商切换进入或退出功率因数校正设备时,也会产生这些快速瞬变。 电源线瞬变的常见原因是每当插入交流电源线、关闭设备或断开或关闭断路器时都会产生火花。

图像
Figure 1. Generation and Coupling of Transient Noise into an End Equipment
图 1: 瞬态噪声的产生和耦合到终端设备

EFT抗扰度测试标准

为了评估系统对EFT突发的抗扰度,国际电工委员会(IEC)制定了IEC 61000-4-4标准,该标准定义了测试电压波形,测试电平范围,测试设备,测试设置和测试程序。

有关瑞萨电子RAA78817x系列RS-485收发器的测试设置的完整详细信息,请参阅瑞萨电子 “R15AN0012:RAA78817x系列3.3V RS-485/RS-422收发器的EFT抗扰度”应用文档。

 

图像
Figure 2. Waveform of single EFT Pulse
图 2: 单个EFT脉冲的波形
图像
Figure 3. Timing of EFT Test Pulse Sequence
图 3: EFT 测试脉冲序列的时序

图 2 描绘了单个 EFT 脉冲的波形,图 3 显示了典型 EFT 测试期间的测试脉冲序列。 在这里,EFT 脉冲发生器产生一系列称为突发的低能量脉冲。 每个脉冲的上升时间为 5ns,脉冲持续时间(时间到一半值)为 50ns。 突发周期为 300 毫秒,包括 75 次瞬态,然后是暂停间隔。 该测试允许 5kHz 和 100kHz 两种重复频率。 对于 5kHz 的脉冲重复率,75 个脉冲需要 15ms,而对于 100kHz 的重复频率,它们只需要 0.75ms。

所需的最短测试持续时间为 2 分钟,包括三个 10 秒的正脉冲窗口,每个窗口后有 10 秒的暂停间隔,以及三个 10 秒的负脉冲窗口,暂停间隔为 10 秒。 这导致在两分钟的测试序列中总共有 15000 个正脉冲和 15000 个负脉冲。

虽然单个脉冲代表低能量瞬态,但整个脉冲串的能量则不然。 对于给定的测试电压,EFT 脉冲串的能量大约比单个脉冲能量高 250 倍。

为了测试收发器数据端口的 EFT 抗扰度,EFT 测试脉冲通过电容钳耦合到点对点数据链路中(图 4)。 该箝位环绕两条数据线,因此表示共模测试。

图 5 显示了数据端口的 5 个测试级别。 前四级电压随着每级递增而加倍。 第五级 x 是一个特殊级别,可以假设任何测试电压。 但是,电压电平必须在制造商的数据表中指定。

图像
Figure 4. Test Setup for testing Data Ports with Capacitive Clamp
图 4: 带电容钳位测试数据端口的测试装置
图像
Figure 5. EFT Test Levels for Data Ports (Transceiver Bus Terminals)
图 5. 数据端口(收发器总线端子模块)的 EFT 测试电平

RAA78817x 收发器的 EFT 抗扰度

RAA78817x 收发器经过了高达 3kV EFT 瞬变的测试。 在EFT测试前后,观察发射节点和接收节点的总线和接收器输出信号以进行视觉比较。

除了目视确认收发器正常运行外,所有收发器都在自动测试系统(ATE)上进行了参数性能测试。 通过标准要求设备不显示任何参数偏移。 结果显示,RAA78817x 系列 3.3V RS-485/RS-422 收发器在 3kV 测试电压下通过了所有 EFT 测试,这使该收发器系列进入了 IEC 61000-4-4 的最高特殊测试级别类别(图 6)。

测试级别测试电压(千伏)重复频率(千赫)收发器
10.255 or 100RAA788170
RAA788172
RAA788173
RAA788175
RAA788176
RAA788178
20.55 or 100
315 or 100
425 or 100
X35 and 100

图 6. RAA78817x 收发器的 EFT 测试级别类别