Bild 1: EVAL-CN0313-SDPZ – Drei EMV-konforme Schutzschaltungen mit dem Transceiver ADM3485E (vereinfachte Blockschaltungen). (Bild: Analog Devices)

Das EVAL-CN0313-SDPZ ist eine getestete EMV-konforme Lösung, die RS-485-Schnittstellen in Verbindung mit dem Transceiver ADM3485E vor Störungen schützt.

Die Schaltung stellt sicher, dass das dynamische Zusammenspiel zwischen dem Transceiver und den Komponenten der Schutzschaltungen störungsfrei funktioniert und Schutz vor elektrostatischer Entladung, Transienten und Überspannungen gemäß den Normen IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-4 und IEC 61000-4-5 gewährleistet ist.Denn damit sicher gestellt ist, dass RS-485-Schnittstellen auch in Umgebungen mit elektromagnetischen Störungen wie geplant arbeiten, sind die relevanten EMV-Vorschriften zu erfüllen. Innerhalb dieser EMV-Vorschriften gibt es für Datenkommunikationsleitungen Hochvolt-Transienten der drei folgenden Typen:  

-        IEC 61000-4-2: Störfestigkeit gegen elektrostatische Entladungen (ESD),

-         IEC 61000-4-4: Festigkeit gegenüber schnellen Transienten (EFT) und

-        IEC 61000-4-5: Störfestigkeit gegen Überspannungen (Surge Immunity).

Bild 1 zeigt drei verschiedene Möglichkeiten, die Daten-Schnittstellen zu schützen. Zu sehen ist das Blockschaltbild des EVAL-CN0313-SDPZ. Beim ADM3485E handelt es sich um einen für 3,3 V ausgelegten Daten-Transceiver mit geringer Stromaufnahme, der für Half-Duplex-Kommunikation auf Multipoint-Übertragungsleitungen geeignet ist. Der Tranceiver bietet eine Datenrate bis zu 12 MBit/s mit einem Gleichtaktbereich an den Bus-Anschlüssen (A und B) von −7 bis 12 V.

In der ersten Schutzschaltung (in Bild 1 mit TVS bezeichnet) wird das Bauteil CDSOT23-SM712 von Bourns verwendet. Dabei handelt es sich um ein TVS-Array (Transient Voltage Suppressor), das für den Schutz von RS-485-Schnittstellen optimiert ist. Dieses Konzept bietet ESD-Schutz bis zu 8 kV (Kontakt) bzw. 15 kV (Luftstrecke), Schutz vor schnellen Transienten (EFT) bis 2 kV sowie vor Überspannungen bis 1 kV.

Im zweiten Konzept (in Bild 1 als TVS/TBU/TISP dargestellt) bieten das TVS den sekundären, der TISP4240M3BJR-S von Bourns den primären Schutz. Beim TISP4240M3BJR-S handelt es sich um einen komplett integrierten Überspannungsschutz (TISP). Der TISP ist ein Thyristor. Die Transient Blocking Unit TBU-CA065-200-WH von Bourns ist eine nichtlineare Überstrom-Schutzkomponente zwischen den primären und sekundären Schutzbauteilen, die für die Koordination sorgt.

Dieses Schutzkonzept schützt bis zu 8 kV (Kontakt) bzw. 15 kV (Luftstrecke) gegenüber ESD, bis 2 kV vor EFT und bis 4 kV vor Überspannungen. Das dritte Schutzkonzept (in Bild 1 als TVS/TBU/ GDT bezeichnet) arbeitet ähnlich wie das Schutzkonzept 2. Eine Gasentladungsröhre (GDT) bietet zum Schutz vor Überspannungstransienten einen Massepfad nach Masse mit niedriger Impedanz. Gewählt wurde das Modell Bourns 2038-15-SM-RPLF.

Schutz bis 8 kV am Kontakt und 15 V Luftstrecke

Dieses dritte Schutzkonzept schützt bis zu 8 kV (Kontakt) bzw. 15 kV (Luftstrecke) gegenüber ESD, bis 2 kV vor EFT und bis 6 kV vor Überspannungen. Die hier beschriebenen Schutzschaltungen demonstrieren drei verschiedene EMV-konforme Lösungen für RS-485-Schnittstellen. Sie geben Entwicklern Optionen für den jeweils erforderlichen Schutz an die Hand. Alle hier beschriebenen Schutzschaltungen wurden von einem unabhängigen externen EMV-Testlabor verifiziert. Das EVAL-CN0313-SDPZ ist das industrieweit erste EMV-konforme RS-485-Entwicklungswerkzeug, das Schutz vor elektrostatischer Entladung, schnellen Transienten und Überspannungen bis Level 4 bietet.

Den ausführlichen Tipp mit weiteren Bildern finden Sie hier Der Autor: James Scanlon ist Senior Evaluation Engineer bei Analog Devices in Limerick/Irland.