用于电能计量应用RS-485故障安全和信号丢失检测器

用于电能计量应用RS-485故障安全和信号丢失检测器

（2024年7月4日更新）

简介

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常用的电能计量通信端口RS-485接口可能受到共模噪声、地电位差和高压瞬变的影响。具体来说，这些危险因素可能会破坏数据通信，甚至通过主节点（中央数据收集点）与电表之间的长电缆RS-永久损坏485接口。

图1显示了节点中三相电能测量的可能隔离域。隔离栅可位于模拟前端(AFE)处或RS-485通信端口。将三相AFE配合ADE7912或ADE用于隔离通信接口，测量A相，B电压和电流在C相上。RS-485收发器将三相从节点与主节点隔开，允许主节点与电表从节点之间进行可靠的控制和数据传输。不管隔离栅放在哪里，AD公司的iCoupler在系统接地差异、共模噪声和电压瞬变的情况下，技术可靠运行。

采用RS-485作为物理层更先进的电能测量标准，如IEC62052-11和IEC62053-21(有功电能1和2交流静态瓦时电表)RS-485接收器在空闲总线(无有效信号)上工作的情况，规定了一个明确的输出状态。ADM2682EiCoupler信号和isoPower隔离式RS-485收发器具有真正的故障安全特性，将为总线的空闲、开路和短路提供逻辑高电平接收器输出。若使用总线信号丢失(LOS)可以给检测器电路RS-485节点增加了其他系统的诊断功能。

图1.位于隔离式AFE处或RS-从节点的可能隔离域测量485通信端口的三相电能

故障安全和迟滞

总线空闲、开路、短路故障安全

ADM2682E/ADM2687E具有真正的故障安全特性，接收器将根据总线的空闲、开路和短路输出逻辑高电平。

当RS-485A当B引脚断开且无端接电阻或其他节点时，开路故障的安全特性将得到保证ADM2682E或ADM2687E接收器输出为高电平。AD公司的所有RS-485收发器都有这个特点。在ADM2682EA引脚上有内部上拉电阻。如果A引脚断开浮空，上拉电阻会将A引脚拉到？30mV以上。在ADM2682EB引脚上也有下拉电阻。如果B引脚断开浮空，下拉电阻将B引脚拉到-200mV以下。在这种情况下，A引脚电压大于B引脚电压，产生总线差高电压，接收器输出恒定逻辑高电平。

当两个节点将总线驱动到相反的电平时，或当总线短路连接在一起时，短路故障的安全特性将得到保证ADM2682E或ADM2687E接收器输出逻辑高电平。

当没有节点驱动时，总线空闲故障的安全特性更加复杂；RS-当485总线上的信号时，这个特性会使ADM2682E或ADM2687E接收器输出逻辑高电平。第一种方法是使用故障安全RS-接收器的偏移阈值为485收发器30mV(例如)，而不是TIA/EIA-845-ARS-485标准的200mV。具有总线空闲故障安全特点ADRS-485收发器也具有短路故障的安全性。第二种方法是使用总线上的上下拉电阻，以确保最小差分电压。该方法又称有源端接法。计算所需的电阻值，包括端接电阻和接收器阻抗。

图2.ADM2682E或ADM2687E接收器故障的安全特性

迟滞

TIA/EIAD芯片A-845-ARS-485标准建议，RS-485接收器应采取措施防止接收器不稳定或振荡。接收器延迟有助于提高其稳定性，并提供抗扰手段，这对长电缆布线和恶劣的现场总线环境尤为重要。

ADM2682E/ADM2687E数据手册规定接收器典型迟滞(ΔVHYS)(此处的“hys”大写)为15mV，接收器差输入阈值电压范围(VTH)为?200mV至?30mV。VTH是接收器的输出电压(VRO)从高电平到低电平或从低电平到高电平的阈值。ΔVTH本质上是从高电平到低电平VTH(图3左侧)从低电平到高电平VTH(图3右侧)差异。

接收器迟滞ΔVTH帮助确保接收器差输入阈值电压(VTH)周围的噪声不会导致接收器输出杂散逻辑高电平或逻辑低电平转换。

图3.ADM2682E或ADM2687E接收器迟滞

RS-485信号丢失(LOS)检测器

非隔离实现方案

如果一个连接器断开与电表从节点的连接，或者一条RS-485电缆断开错误，LOS检测器会提醒系统微控制器。图1显示系统隔离栅可以放置在AFE也可以放在地方RS-485通信端口。如果隔离栅放在那里。AFE系统设计师可以实现非隔离LOS检测器电路。

图4显示了一隔离型RS-485LOS检测器电路。LOS第二个检测器电路ADM3078E用于实时监控总线状态的收发器组成。LOS检测器电路还包含一个简单的NC7S08AND门，它连接到两个ADM3078E器件的RO引脚。NC7S08AND低通滤波器由电阻R和电容C输出。低通滤波器的输出(即LOS逻辑信号)通过导线直接连接到系统微控制器。

正常工作期间，ADM3078E接收器可以从接收器中检测到RS-通过有效的高电平输入485总线，RO接收器输出端输出一个逻辑高电平信号。针对总线、开路、短路和空闲条件，ADM3078E接收器故障的安全特性也会输出逻辑高电平信号。当RS-485总线长时间无信号时，LOS检测器电路将清楚地提醒系统微控制器。

图4所示的LOS电路包括两条路ADM3078E接收器输出，即RO和，它的连接NC7S08AND门。当RO当和的逻辑状态相同时，AND门输出为逻辑高电平，表示总线电压为0V(RS-485总线无信号)。

两路ADM3078E接收器输出的传输延迟之差可能在NC7S08AND门输出导致毛刺杂散。ADM3078E数据手册显示，接收器传输延迟的最大值为75ns。在典型的实验室测量中，接收器传输延迟可能是40ns。典型实验室测量RO输出和输出之间可能有35ns传播延迟差。这个测量设置使用了27个电阻和220pF补偿35的低通滤波器ns典型差值。

添加一个ADM3078E监控总线的节点LOS，则会导致RS-减少485网络支持的有效节点数。

在微控制器中，系统设计师必须考虑正常总线流量下总线的空闲时间LOS在故障提醒软件中设计时序延迟。该延迟用于防止总线空闲触发系统LOS故障误报。