Гальваническая развязка RS-485

RS-485 – хороший интерфейс, который позволяет строить автоматизированные системы. Максимальная протяжённость линий 1200 метров (без репитеров). Но при объединении различных устройств, расположенных на большом расстоянии и с различными источниками питания, появляется проблема – разность потенциалов. Для её решения актуально использовать полную гальваническую развязку. Ещё, это актуально, когда в одной сети встречаются низковольтные и силовые модули.

Есть специальные микросхемы, например МАХ1480В, которые уже содержат гальваническую развязку помимо преобразователя интерфейса, но, как правило, их цена очень велика. Эта статья посвящена полной гальванической развязке на дискретных элементах.

Схема

Схема

Задача следующая: отделить драйвер 485 по сигнальным линиям и по питанию от остальной схемы. Для этого понадобятся 3 оптопары и DC-DC преобразователь, плюс обвязка. В некоторых случаях можно использовать вместо DC-DC преобразователя свободную обмотку трансформатора (соответственно понадобиться её выпрямить и стабилизировать), но в этом случае теряется защита от пробоя при попадании высокого напряжения на линию.

В схеме использованы оптопары COSMO KP1010 и KP1020, их можно заменить на PC817 или на любые другие оптопары схожей конструкцией и частотой работы от 1МГц и более. Преобразователь тестировался с приёмопередатчиком ADM1485, его можно заменить любым другим. DC-DC преобразователь был применён AM1L-0505D-NC, т.к. он был в наличие в магазине и из-за его относительно низкой цены, можно тоже использовать любой другой на 5В, но нужно будет в даташитах посмотреть, какая у него обвязка. Фильтры L1 и L2 (до 37мкГн) служат для уменьшения пульсаций и помех от DC-DC преобразователя.

Замечание: в схеме следует располагать конденсаторы как можно ближе к драйверу 485 и оптопарам, или использовать несколько дополнительных конденсаторов рядом с этими элементами. Дополнительные конденсаторы предотвращают возбуждение оптронов.

В некоторых случаях можно подтянуть линии A и B RS-485 к + и – оптоизолированной части резисторами по 4,7кОм.

В данном случае для объединения модулей достаточно использовать только две линии – A и B. В Интернете встречаются схемы ещё и с объединенной землёй.

Терминальный резистор 120Ом служит для борьбы с наводками и помехами на линии.

Фотография тестирования, больше это, правда, походит на паутину.

Тесты гальванической развязки

Тесты гальванической развязки

Слева преобразователь RS232-RS485. На паянной макетке микроконтроллер тестового модуля со светодиодами. На макетной плате без пайки как раз собрана гальваническая развязка и приёмопередатчик RS485-USART. Справа над макетками замотанный в изоленту с разъёмом от кроны – стабилизатор на 5В. Вверху в куче проводов и цеплялок DC-DC преобразователь, его фото приведено ниже.

DC-DC преобразователь

DC-DC преобразователь

Сейчас в продаже есть множество специализированных микросхем с встроенной гальванической развязкой, но их цена кусается, более 600р. Применение такой гальванической развязки обойдётся в 2-3 раза дешевле, но она занимает больше места на плате.

В небольших сетях с низковольтными устройствами или с питанием, которое подводиться вместе с 485 применение гальванической развязки необязательно.

Рекомендую добавлять гальваническую развязку в модули сопряжения 485 с компьютером, для защиты его от непредвиденных чрезвычайных происшествий.

12 комментариев »

Alex_EXE | 12.05.2011 | Умный дом | 20 551 просмотров

12 комментариев на « Гальваническая развязка RS-485»

  1. licrym пишет 12.05.2011 в 11:16 #

    О какой гальванической развязке может идти речь, если обе части оптопар оказываются электрически связаны через DC-DC преобразователь? Любой хороший мощный импульс пройдет через ADM1485, через AM1L и через сопротивление пойдет в МК. Отдельная обмотка трансформатора и не иначе. Или отдельный БП.

  2. Alex_EXE пишет 12.05.2011 в 11:23 #

    DC-DС преобразователь – это гальваническая развязка по питанию, т.е. подобие трансформатора. Использовать его надежнее, чем развязка через обмотки трансформатора, используемая модель обеспечивает изоляцию в 1000В (есть и с изоляцией в 3000В).

  3. licrym пишет 12.05.2011 в 11:42 #

    пардон, посмотрел даташит — надо указать что это специальный DC-DC модуль с развязкой, а не просто микросхема. Насчет надежности поспорю, количество элементов в данном случае получается большим (на величине генератора первичной обмотки преобразователя) — соответственно надежность ниже. Да и изоляция у трансформатора в силу габаритов покрепче будет в электрическом смысле. Хотя этот вариант тоже имеет право на жизнь в случае экономии габаритов.

  4. Alexey пишет 12.08.2011 в 15:38 #

    Слишком большое потребление тока, одного модуля, для умного дома, в режиме передачи. Нет смысла экономить на лампочках.

  5. Илья пишет 11.12.2012 в 03:02 #

    DC-DC преобразователи бывают разные, с гальванической развязкой входа и выхода и без неё. Если использовать развязанный DC-DC, то для того, чтобы импульс прошёл через него, напряжение этого импульса должно быть выше максимального напряжения гальванической развязки. А вот от наводок и помех развязка хорошо поможет, тем более, если длина кабеля большая.

  6. Alex_EXE пишет 11.12.2012 в 15:01 #

    Тут представлен самый простой гальванически развязанный DC-DC с напряжением пробоя 1000В, есть и больше.

  7. Алексей пишет 17.01.2013 в 18:50 #

    Спасибо за статью! Все понятно изложено. Нашел то, что искал. Резистор R5 нужен обязательно? На многих схемах подключения RS-485 его нет.

  8. fanton пишет 25.01.2013 в 14:51 #

    Неверно включена оптопара на цепях RO-Rx

  9. Alex_EXE пишет 11.02.2013 в 02:21 #

    Материал перепроверю.

  10. Igor пишет 08.07.2014 в 13:46 #

    Переверните оптрон, как выше упоминал fanton.

  11. SEREGA пишет 20.12.2015 в 00:09 #

    Правильно ли у Вас стоит оптопара на Rx?

  12. Alex_EXE пишет 27.12.2015 в 00:10 #

    Теперь правильно.

Комментарии RSS

Оставьте отзыв