Способы создания гальванической развязки в RS-485

[Aether]

Доброго дня.

Собственно, вопрос по теме: что порекомендуете почитать? И что обычно используете? Всегда ли успешно согласуются гальванически развязанные устройства с подключёнными без таковой? Как обеспечивать помехоустойчивость линии, если она по сути изолирована? В общем вопросов много, лучше с почитать.

[Ochkarik]

стандартные решения - чем плохи?
http://www.ti.com/lsds/ti/isolation/isolated-rs-485-products.page
PS там есть со встроенным источником для развязки питания.

[Aether]

Увидел у знакомых соединение, похожее на Ethernet - с развязывающими трансформаторами типа http://www.haloelectronics.com/pdf/discrete-smd-aui.pdf. Поинтересоваться сразу не удалось, теперь интересуюсь здесь.

[Ochkarik]

ну наверное можно и так в отдельных случаях... но тогда протокол не любой подойдет.

[Ochkarik]

конечно просто дешево и сердито. но производители производят так)
максим
https://www.maximintegrated.com/en/products/interface/transceivers/rs-485-rs-422-transceivers/isolated-rs-485-rs-422-transceivers.html
аналог
http://www.analog.com/en/parametricsearch/11064
PS у максима вон до 50 вольт разницы и без доп-питания есть
PPS кстати ProfiBus можно глянуть - это такой вполне себе пром-стандрат.

PPPS Для развязки цепей передачи данных в микросхемах TI используется емкостной барьер с изолятором из диоксида кремния (SiO2). Технология характеризуется высокой степенью надежности, низкими задержками времени распространения сигнала (от 7 нс), малыми искажениями сигнала и задержками «канал-канал» (от 1 нс), высокой устойчивостью к электромагнитному полю, а также широким температурным диапазоном работы (-55…125°С).
http://www.compel.ru/lib/ne/2011/4/7-galvanicheskaya-razvyazka-novyie-retseptyi-ot-texas-instruments

[Aether]

ну наверное можно и так в отдельных случаях... но тогда протокол не любой подойдет.

Почему не любой? Из-за того, что появятся дополнительные задержки?

PPPS Для развязки цепей передачи данных в микросхемах TI используется емкостной барьер с изолятором из диоксида кремния (SiO2). Технология характеризуется высокой степенью надежности, низкими задержками времени распространения сигнала (от 7 нс), малыми искажениями сигнала и задержками «канал-канал» (от 1 нс), высокой устойчивостью к электромагнитному полю, а также широким температурным диапазоном работы (-55…125°С).

Не совсем представляю схему на ёмкостной связи. Дело в том, что ёмкость не является препятствием для коротких импульсов. В том числе и для импульсов высокого напряжения. Думаю, как-то они изловчились, тем не менее, как их модуль будет работать с другой периферией, можно ли соединять не изолированные устройства с изолированными, как подбирать резисторы терминирующие и подтягивающие в таких сетях?

[Ochkarik]

не, задержки это уже другой вопрос. хотя тоже иногда критично.
просто в 485-том  используется диф. сигнал, постоянка через транс не пройдет, следовательно длительные последовательности нулей или единиц - передать нельзя(насколько длительные - будет зависеть от нижней граничной частоты транса, обычно это сотни килогерц). протокол должен это учитывать.

насчет схемы и прочего - пардон, просто ссылкой кинусь. мельком смотрел не вчитываясь, но там вроде ответы на ваши вопросы есть.
http://www.compel.ru/lib/ne/2008/14/8-preimushhestva-primeneniya-sdvoennogo-emkostnogo-barera-v-novyih-tsifrovyih-izolyatorah-texas-instruments
https://geektimes.ru/post/266016/
кстати аналог девайс оказывается все же индуктивную связь использует внутри кристалла. и мол "для повышения надежности изоляции толщину полиамидной пленки можно увеличивать" лукавят по-моему: можно то можно, только и габариты транса тоже вырастут значительно и не факт что он в кристалл уже влезет у них.
http://www.rlocman.ru/review/article.html?di=146627

PPS а Avago как оказалось оптопару использует но у них скорости ниже.

но в любом случае это готовые решения - это готовые решения. смысл отдельный транс ставить только если лень с заказом элементов связываться, или есть параметры этой изоляции не важны.. потому что на отдельный транс там помоему спецификация никакая. (а не, вижу там 1500Vrms есть.... но и все)

[Aether]

А существует стандарт для Vrms? То есть для каких задач какая защита должна быть обеспечена?

[Ochkarik]

вот про стандарты - я не интересовался.
гальваническая развязка нужная чтобы не было токов выравнивания которые создадут помехи и вообще - плохо) а конкретно чтоб - не знаю.
недавно просматривал стандарт на защиту от грозы. там параметры импульса даны были от которого обычно защищаются и тестируют что то 4кВ и 20мс что ли..  но это немного другое.
на ESD  (электростатику разную) кажется нормы ГОСТ Р 53734 / IEC 61340 и т.д. может ANSI/ISA их такая куча...
может быть что то оттуда вытекает но вряд ли. все таки гальваническая развязка для другого хотя близко. скорее из области применения должно вытекать. стандартны наверное для каждого свое...
вот к примеру попалось сейчас что то похожее...ну отдаленно близко по крайней мере. там что то упоминатеся
EN 60079-11 (ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010 Взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь)

[Aether]

Хорошо, если задать вопрос иначе, по-бытовому: какие причины будут для Вас решающими, что да, вот здесь гальваническая развязка нужна и точка?

Немного позитива: как-то стало жарко на работе, снял свитер, сел, прикоснулся к мышке, через палец, аж больно прошёл заряд. После этого мышка больше не заработала. Не знаю, электростатика это или так время её пришло, но факт имел место быть.

[Dale]

какие причины будут для Вас решающими, что да, вот здесь гальваническая развязка нужна и точка?

Мои rules of thumb, которые пока ни разу не подвели:

1. Устройства (хотя бы часть) не подключены к трехконтактной электрической розетке с цивилизованно выполненным защитным занулением.
2. Даже при наличии зануления устройства запитаны более чем от одного распределительного щита.

При хотя бы одном из этих условий развязка (предпочитаю оптическую) крайне желательна. В пределах комнаты/квартиры с правильным электропитанием угрозы при непосредственном подключении не вижу.

Немного позитива

Грустный позитив получился.

"Мышку жалко" (почти ©).

[Ochkarik]

я бы сказал более жестко:  наличие внешних интерфейсов которые могут быть подключены к другим приборам с внешним питанием или металлическими корпусами, особенно если это серийная техника.
даже при наличии заземления - могут образовываться разные контура с немного разным потенциалом. небольшая разность потенциалов выровняется, а вот выравнивающий ток может протечь не там где надо. а например по земле сигнального кабеля, добавляя помех(не про диф пару будет сказано но всяко бывает).
если есть возможность - лучше делать. конечно если это не прибавляет +100% цены и геморроя к общему объему разработки).

[Dale]

У меня обычно к металлическим корпусам претензий нет, если они занулены. Например, все мои компьютеры в железных ящиках - и ничего. Если нет - см. п. 1 моего предыдущего поста.

Контуры в цепях зануления - это инженерная ошибка, ее просто не нужно допускать, а допустив - находить и исправлять. Это своими руками заложенный источник различных проблем. А уж протекающий по цепям зануления ток просто обязан отключить УЗО.

Заземление - вообще довольно редкий гость в типичных производственных помещениях и почти невероятный - в офисных. Повсеместно распространено зануление, и оно обычно не создает проблем при правильном использовании. Ну а от неправильного может не спасти даже гальваническая развязка, скорее нужно изолировать горе-инженеров от таких проектов.

Вот когда питание от разных щитов, тогда вполне допустима разность потенциалов между их нулями, и развязка обязательна. Я думаю, об этом хорошо помнят те, кто застал коаксиальные сети Ethernet 10Base-2. Сколько народу было нещадно пощипано электричеством...

[Aether]

При хотя бы одном из этих условий развязка (предпочитаю оптическую) крайне желательна.

Оптическая, как понимаю, развязывает схему МК и трансивер, в случае с прохождением тока через трансивер, выгорает он, остальная электроника цела, хотя устройство отправится на замену или ремонт. В принципе, схемы интегрированные в микросхемы тоже развязывают не полностью, и "внешняя" часть трансивера тоже может выйти из строя. Решения в виде развязывающего трансформатора, как в 100Base-TX, позволяют разместить барьер между всей электроникой и непосредственно линией - думаю это надёжнее, хотя и имеет недостатки.

Контуры в цепях зануления - это инженерная ошибка, ее просто не нужно допускать, а допустив - находить и исправлять.

Это как? Когда защитный провод намеренно пытаются использовать взамен нейтрали?

Заземление - вообще довольно редкий гость в типичных производственных помещениях и почти невероятный - в офисных. Повсеместно распространено зануление, и оно обычно не создает проблем при правильном использовании.

В любом здании должна быть ГЗШ, но у нас просто не все проводят всё, как из соображений экономии, так и из халатности. Впрочем, в производственных цехах обычно есть всё, офисы - другое дело. Интересно: почему в РФ не распространены розетки с тремя электродами?

Ну а от неправильного может не спасти даже гальваническая развязка, скорее нужно изолировать горе-инженеров от таких проектов.

Как сказать, вот получаете Вы проект на установку оборудования, и тут обычно оговариваются встречные к заказчику требования касательно качества того же электроснабжения. Но путь этот не без нюансов. Поэтому лучше перестраховаться, вопрос в каких пределах?

[Dale]

Оптическая, как понимаю, развязывает схему МК и трансивер

Да.

в случае с прохождением тока через трансивер, выгорает он, остальная электроника цела, хотя устройство отправится на замену или ремонт.

Я видел реализации, когда вместе с витой парой для передачи данных тянут провод нейтрали для привязки "плавающих" источников питания транссиверов к общему потенциалу (не обязательно совпадающему с нулем у терминальных устройств). В таких условиях для выгорания транссивера нужна очень веская причина.

Решения в виде развязывающего трансформатора, как в 100Base-TX, позволяют разместить барьер между всей электроникой и непосредственно линией - думаю это надёжнее, хотя и имеет недостатки.

Развязывающий трансформатор не позволит напрямую использовать последовательную передачу NRZ со стартовым/стоповым битами, т.к. при этом возникает постоянная составляющая сигнала. Поэтому нужно принципиально менять способ кодирования данных на каждом терминале.

Для Ethernet используется манчестерское кодирование без постоянной составляющей, поэтому трансформатор не оказывает влияния на передачу сигнала.

Это как? Когда защитный провод намеренно пытаются использовать взамен нейтрали?

Нет, это когда граф цепи зануления имеет замкнутые петли, в которых может наводиться ЭДС и, как следствие, помехи. Правильно построенное зануление должно иметь вид дерева без циклов.

Интересно: почему в РФ не распространены розетки с тремя электродами?

В старом фонде их не ставили, поскольку быт советского гражданина в части электроприборов (да и не только) был суров и минималистичен: телевизор, пылесос, стиральная машинка в виде железной бочки с моторчиком на дне. Эти девайсы обходились без нежностей. В новостройках вроде бы электрика сейчас покультурнее делается, ну и при ремонте с заменой проводки люди с пониманием проблемы требуют установки зануления в каждую розетку.

[Ochkarik]

кстати про стандарты. правда не бесплатные.
 IEC 61800-5-1 (safety standard for adjustable speed electrical drives),
 IEC 60664-1 (insulation coordination for equipment within lowvoltage systems)
 IEC 61010-1 (safety standard for measurement, control and lab equipment)
 UL 1577 Standard for Optical Isolators -

полезные рекламные брошюры все таки TI делает. вот тут немного стандарты:
http://www.ti.com/lit/wp/slyy063/slyy063.pdf

от максима со ссылками на стандарты и кое какими цифрами.
http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN5993.pdf

от AD (все отличились)-тут кстати есть табличка вначале со списком стандартов в разных областях.
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/technical-articles/MS-2341.pdf

кое что с цифрами из вышеназванных стандартов
http://www.nve.com/Downloads/ab2.pdf

PS кстати по поводу земель... точнее по поводу экранирующих оплеток сигнальных кабелей. что я только не видел с ними делают... и через емкость на землю сажают и через мегаом, и на корпус, и на землю. и через дроссель. и напрямую. кто во что горазд.
Dale, это я к тому, что мечтания про грамотных инженеров это почти как про деда мороза) пока у тебя три с половиной прибора и полтора компьютера в одной комнате - есть надежда... на себя умного. а дальше как повезет) у нас есть старый советский контур заземления. стальная такая полоса в каждой комнате. однажды сунулись клещами - ампера два текло только на нашем этаже. у нас антенны на металлической местами крыше.
один раз на стойке с аппаратурой вольт 200 нашли. хорошо почти без тока))) обслуживающие электрики - это песня какая то. сказочные идиоты. тут проще все разрушитьатомной бомбой, и заново строить. но никто не даст и никому это не надо.
а точнее - просто это очень дорого.

[Aether]

Вопрос не совсем по теме, но, думаю, полезный: как правильно протестировать заземление? То есть, существует, например, заземляющая арматура, отключаем от неё все проводники, предварительно обесточив их, что теперь делать? По идее, заземление должно характеризоваться сопротивлением, но могу и ошибаться?

[Ochkarik]

взять измеритель сопротивления заземления, далее согласно инструкции)
"в соответствии с требованиями гл. 1.8. ПУЭ и пр. 3, 3.1 ПТЭЭП."
Проводится визуальный осмотр.
Проверяется механическая прочность соединений, сварные соединения проверяются простукиванием.
Измеряется сопротивление заземления.

[Dale]

как правильно протестировать заземление?

Мне разок довелось заниматься этой работой еще в студенческие годы. Проходил заключительные сборы после военной кафедры, и там командование вовсю задействовало физиков, пока есть возможность.

Нужно было проверить качество заземления громоотводов на складах боеприпасов. Выдали поверенный прибор и методичку, как с его помощью проводить измерения по ГОСТу. Помнится, там в комплекте было несколько металлических буров, которые ввинчивались в почву на заданном расстоянии от заземления. Потом эти буры и клемма заземления подключались к прибору, делалось несколько замеров, после чего по формулам из методички рассчитывалась искомая величина.

Полагаю, эти приборы до сих пор можно найти при реальной необходимости.

[Dale]

Dale, это я к тому, что мечтания про грамотных инженеров это почти как про деда мороза)

А иначе вопрос вырождается в дискуссию типа "как мне провести гигабитную сеть, чередуя силовую проводку под напряжением с телефонной лапшой". У меня единственный ответ: никак. Проложите правильный кабель требуемой категории, и будет вам счастье. Исходная задача тоже в принципе решаема, но слишком дорого. Правильный путь практически всегда наиболее дешевый.

Если с питанием все из рук вон плохо, спасет оптронная развязка. Но ее тоже придется делать правильно. Без грамотных инженеров в костюмах Дедов Морозов и тут никуда.

[Dale]

однажды сунулись клещами - ампера два текло только на нашем этаже
...
один раз на стойке с аппаратурой вольт 200 нашли. хорошо почти без тока)))

Вот буквально только что история в тему.

Вчера коллега пожаловался, что постоянно в его свежей квартире в новостройке отключается УЗО. Решил, что нужно его заменить. Пришел ко мне посоветоваться, какое взять понадежнее.

Я ему порекомендовал не торопиться. Не исключено, что отключается оно по делу. Для начала надо бы все проверить.

Парнишка - программист с математическим образованием, для него даже закон Ома - темный лес. Но очень толковый и с руками из правильного места. Сделал все в точности, как я рекомендовал.

Сегодня пришел довольный. Оказалось, что в холодильнике шнур питания перетерся об острую трубочку для закачки фреона. Появилась небольшая утечка с фазы на защитный провод. Если бы не УЗО - так и текло бы, пока не перетерлось до серьезного КЗ. А кабы не трехпроводная розетка - и вовсе било бы током при касании корпуса.

Мораль: без постоянного присмотра в защитном контуре может твориться что угодно, даже без злого умысла. Надеяться на его идеальность наивно.

[Aether]

Помнится, там в комплекте было несколько металлических буров, которые ввинчивались в почву на заданном расстоянии от заземления. Потом эти буры и клемма заземления подключались к прибору, делалось несколько замеров, после чего по формулам из методички рассчитывалась искомая величина.

Припоминаю я такой прибор, и к нему два штыря метром каждый. Но, вот ситуация: грунт песчаный и сухой: как быть? То есть, заземление стационарное может быть нормальным, а вот эти штыри могут и не образовать замкнутого контура. Так-то принцип понятен: измерительные заземлители необходимо наверняка тоже закладывать на глубину не меньшую от измеряемого заземлителя, в общем, сверяясь с проектом измеряемой установки. Но может быть это не единственный способ измерения?

Вчера коллега пожаловался, что постоянно в его свежей квартире в новостройке отключается УЗО. Решил, что нужно его заменить. Пришел ко мне посоветоваться, какое взять понадежнее.

Я так понимаю, под УЗО подразумевается диф. автомат? Мне вот интересен смысл его работы, так-то по-бытовому понятно: сколько пришло, столько же и уйти должно. Если часть уходит в землю, то потери тока вскрываются и он отключается. А как он работать будет при индуктивной нагрузке, например, подключу электродвигатель асинхронный? Не будет его от скачков нагрузки или пусковых токов отключать?

[Ochkarik]

Dale, я и говорю, что пока размер бедствия ограничивается одной комнатой и тремя приборами - все решается быстро и просто))) буде такой пример с предприятия с пятидесятилетним историческим хвостом, человек на 100 хотя бы - послушаю)

Aether, зачем гадать когда все есть? к примеру http://www.sonel.ru/ru/biblio/article/izmerenie-soprotivlenija-zazemljajushhih-ustrojstv/

Диф автомат измеряет сумму токов по нулевому и фазному проводу, если она не нулевая- значит есть утечка. характер нагрузки не важен. можно в комплексном виде считать.

[Dale]

Dale, я и говорю, что пока размер бедствия ограничивается одной комнатой и тремя приборами - все решается быстро и просто))) буде такой пример с предприятия с пятидесятилетним историческим хвостом, человек на 100 хотя бы - послушаю)

Возможно, это просто мое личное везение, но относительно крупные заказчики (и на сотню человек, и на порядок больше) попадались вменяемые. Главное только объяснить ситуацию правильному человеку доступными для него словами, а дальше само идет.

Тот, кто платит деньги, не хочет, чтобы они в итоге пропали впустую из-за того, что электрику дяде Васе в лом поставить зануленную розетку. Правильный человек мажет дяде Васе скипидаром под хвостом, и тот спустя день бодро рапортует: "Усе готово, шеф!".

Решалось и в дореволюционных зданиях, где по стенке молотком стукнуть боязно, и на площадях в несколько гектаров... Главное - не жалеть скипидара, это здесь стратегический расходный материал.

[Ochkarik]

это все да... если есть правильный человек которому не все равно) в бюджетной сфере они попадаются реже.
впрочем это уже не по теме)

[Dale]

если есть правильный человек которому не все равно)

Они всегда есть. Это те, кто выделяет деньги на оплату проекта и отчитывается за результат. Таким не бывает все равно, что получится в итоге. Да и не резон им подставлять свои задницы из-за того, что подчиненные не желают отрывать от стульев свои.

Я всегда стараюсь иметь дело именно с ними. А у них уже есть рычаги влияния на "коекакеров".

[Sla]

гл. 1.7. ПУЭ

[Aether]

А вот такой вопрос: допустимые токи для проводников разных сечений - это тоже, вроде бы, в ПУЭ. А как правильно рассчитать предельный ток из теплотехнических соображений для дорожек на печатных платах?

[Dale]

Я пользуюсь номограммами наподобие такой:

Если интуиция шепчет, что выглядит явно хлипковато, припаиваю поверх дорожки для верности луженый провод. Лучше сразу, чем потом тулить на закопченный текстолит на месте испарившейся дорожки.