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低成本RS-485通信隔离方案

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实习生

发表于 2018-6-28 15:53:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

文章来源:拍明芯城元器件商城
  RS485总线因其接口简单,组网方便,传输距离远等特点在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域广泛应用。下图1RS-485网络应用框图,图中5脚和8脚是电源引脚,6脚和7脚就是485通信中的AB两个引脚,而1脚和4脚分别接到我们单片机的RXDTXD引脚上,直接使用单片机UART进行数据接收和发送。2脚和3脚是方向引脚,其中2脚是低电平使能接收器,3脚是高电平使能输出驱动器。我们把这两个引脚连到一起,平时不发送数据的时候,保持这两个引脚是低电平,让RS485处于接收状态,当需要发送数据的时候,把这个引脚拉高,发送数据,发送完毕后再拉低这个引脚就可以了。为了提高RS485
  传统隔离式RS-485网络使用的通信隔离产品一般都需要供电电源。如上图1的红框所示,该电源主要给图中的隔离光耦进行原副边供电,本文针对上图的电源需求推荐一款由圣邦微(SGM)公司推出的低成本电源芯片SGM46000,该电源可以改善以往隔离型工业电源的设计复杂度较大、设计成本比较贵、体积比较大等缺点。
  图1中所需求的供电电源为5V5V,但是SGM46000可以实现的隔离电源设计种类很多,典型应用如3.3V~5V5V~3.3V5V~5V5V~12V5V~±15V,其实只要是输出电压30V以内,输出电流50mA以内均可以使用。也就是说利用SGM46000可以设计出一系列的工业电源,满足不同的485通信隔离芯片的供电需求。
  总之SGMICRO公司的DC/DC转换芯片SGM46000,集成原边控制器和H桥及驱动器,可直接驱动隔离变压器,将高压和用户可能触碰到的低压直流电进行隔离,保障用户安全,避免触电风险。输入电压2.5V5.5V,支持3.3V5V12V多种隔离输出电压,最大输出功率可达3W-40℃~+125℃工作温度范围,满足控制面板对电压、功率和高温的工作环境需求,让系统更加安全可靠。SGM46000的内部框图如下图2所示。
  SGM46000产品特性:
  可为隔离电源中的变压器提供高达3W的功率
  宽范围2.5V~5.5V单电源供电
  可通过电阻编程设置内部振荡器模式
  带看门狗的外部时钟模式
  禁止模式
  欠压锁定
  热关断
  • -40℃~+125℃工作温度范围
  • SOIC-8封装
  最后附上SGM46000的典型应用电路,如图3所示。由图可知SGM46000只需搭配少量的外围元器件就可以轻松实现电源转化,整体BOM成本低廉。
  电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片.主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。常用电源管理芯片有HIP6301IS6537RT9237ADP3168KA7500TL494等。
  主要电源管理芯片有的是双列直插芯片,而有的是表面贴装式封装,其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片,由著名芯片设计公司Intersil设计。它支持两//四相供电,支持VRM9.0规范,电压输出范围是1.1V-1.85V,能为0.025V的间隔调整输出,开关频率高达80KHz,具有电源大、纹波小、内阻小等特点,能精密调整CPU供电电压。
  电源管理芯片的应用范围十分广泛,发展电源管理芯片对于提高整机性能具有重要意义,对电源管理芯片的选择与系统的需求直接相关,而数字电源管理芯片的发展还需跨越成本难关。
  当今世界,人们的生活已是片刻也离不开电子设备。电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其它电能管理的职责。电源管理芯片对电子系统而言是不可或缺的,其性能的优劣对整机的性能有着直接的影响。
  所有电子设备都有电源,但是不同的系统对电源的要求不同。为了发挥电子系统的最佳性能,需要选择最适合的电源管理方式。
  首先,电子设备的核心是半导体芯片。而为了提高电路的密度,芯片的特征尺寸始终朝着减小的趋势发展,电场强度随距离的减小而线性增加,如果电源电压还是原来的5V,产生的电场强度足以把芯片击穿。所以,这样,电子系统对电源电压的要求就发生了变化,也就是需要不同的降压型电源。为了在降压的同时保持高效率,一般会采用降压型开关电源。
  同时,许多电子系统还需要高于供电电压的电源,比如在电池供电设备中,驱动液晶显示的背光电源,普通的白光LED驱动等,都需要对系统电源进行升压,这就需要用到升压型开关电源。
  此外,现代电子系统正在向高速、高增益、高可靠性方向发展,电源上的微小干扰都对电子设备的性能有影响,这就需要在噪声、纹波等方面有优势的电源,需要对系统电源进行稳压、滤波等处理,这就需要用到线性电源。
  上述不同的电源管理方式,可以通过相应的电源芯片,结合极少的外围元件,就能够实现。可见,发展电源管理芯片是提高整机性能的必不可少的手段。
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