雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计

发布时间：2023-01-09 09:49
作者：Ameya360
来源：网络
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　　IO Link在工业的应用及国产过压保护设计

　　雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计

　　随着工业4.0和智能工业的推进，IO-Link将会在工业自动化领域越来越流行。

　　雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计

　　目前ST的IO Link应用广泛，ST使用的是型号为STM32F76的MCU。可以利用它来支持以太网或者现场的工业网络总线。这个板上还有USB口，它可以连接电脑，使用TEConcept的IO-Link tool、IO-Link control Tool进行测试和配置。同时，这板上还有ST的L6360芯片。

　　亚信的EtherCAT转IO-Link主站的方案使用了一个型号为AX58400的主控制器,里边封装一个STM32H755，再加上一个EtherCAT的从站控制器的SIP。这个SIP的上面可以连接到EtherCAT的主站，下面可以接8个L6360来支持8路的IO-Link接口，这样就可以形成一个单芯片的方案，可以支持EtherCAT的从站作为IO-Link主站的方案。

　　针对以上整套方案，上海雷卯推出国产化小体积的过压保护方案，完美替代ST，并已在国内主流的编码器，I/O Link厂商批量出货，按照以上接口分类，我们对器件的接口设计方案如下。

　　VN808CM的VCC过压保护设计

雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计　　

　　由于此芯片的供电电压是dc24V，并且会有浮动，推荐使用雷卯的SM15T33A 单向TVS，或LM1K24CA ，可以满足2kv的浪涌设计保护。

　　VN808CM的8通道外传感器过压保护设计

　　NPN和PNP传感器的保护方案

雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计　　

　　从上图看出以上保护传感器各需要3颗ESD二极管保护，且工作电压为24V，由于考虑到电压的波动建议选取36V保护的ESD二极管，上海雷卯提供SOT-23的双路ESD  SM36 ,SOD-323的SD36,DFN1006的SDA3611DN,可以满足以上器件的直接替代。且浪涌保护能力比ST的2A大很多，满足工业控制的测试需求。

　　可以满足HS LS K V+ V-各个通道的保护。

雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计　　

　　针对L7986A的过压保护设计

　　ST的L7986A的DC-DC芯片耐压值为38V,正常工作电压为24V，所以此处可以选择小体积大功率的，SMB15J30CA，SMB封装，可以满足浪涌测试需求。发生浪涌时可以保护后端的IC芯片。

雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计　　

　　PROFI NET的网口保护

　　profinet通信速率取决于网络信号强度和SINR值,如果以上二者都很好,通信速率能达到80mbps。

　　我们参考上海雷卯的关于百兆网络的过压保护设计如下：配合HX1260NL设计。

雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计　　

　　USB接口的过压保护设计

　　由于USB为近距离通信，主要防护为插拔静电和小浪涌，所以推荐以下方案。

　　雷卯电子：IO Link在工业的应用及国产过压保护设计


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　　EVCC全称Electric Vehicle Communication Controller，中文名称：电动汽车充电通信控制器，是国标电动汽车出口必备汽车配件之一。如下图一所示。　　一、为什么国标电动汽车出口要配备EVCC　　全球电动汽车市场存在多种充电标准，如中国的GB/T 27930、欧洲的DIN 70121和ISO 15118、美国的SAE J1772以及日本的CHAdeMO等。这些标准在通信协议、电压等级、充电接口等方面存在差异，这会导致国标电动汽车出口后无法直接在海外充电桩上充电，图二所示各国充电标准。　　二、EVCC 功能　　因国标电动汽车无法直接出口到国外，需配备上EVCC才能与国外充电桩建立通信。EVCC是电动汽车充电过程中的重要控制器，是电动汽车与充电桩之间的通信桥梁，其主要功能是将电动汽车的通信协议转换为充电桩所能理解的协议。实现电动汽车与充电系统之间的通信、电力传输控制和数据交换。并且EVCC可以监测电动汽车的电池容量，控制充电功率和充电时间，并记录数据以供后续分析和管理。如图三所示。　　三、国标电动汽车如何通过EVCC转换成欧标和美标　　如图三所示 ，需要从硬件和软件两部分做工作.　　(1)硬件部分　　第一更换为欧标或美标的充电座　　第二增加EVCC充电通信控制器　　(2)软件部分　　需要EVCC与BMS交互，由EVCC将国标CAN通信转换成符合海外标准的PLC通信。　　这样中国电动汽车出口到欧洲、美洲等市场时，通过安装EVCC，电动汽车能够与当地的充电桩进行有效通信，这不仅降低了成本，也加快了电动汽车的国际化进程。　　四、EVCC硬件组成部分　　简单说有五大模块组成：包括微处理器、电源模块、通信模块、传感器、安全保护电路等。　　(1)微处理器是 EVCC 的核心，负责控制整个系统的运行。　　微控制器接收和处理信息，控制充电过程中的各个参数。并通过传感器实时监测充电过程中的各种参数，如果发现异常情况，立即采取保护措施，以确保充电过程的安全。　　(2)电源模块　　主要给整改EVCC提供安全稳定的电源供应。　　(3)通信模块　　通信模块负责 EVCC 与充电桩和车辆其他系统之间的通信。主要包括以下几个方面：协议解析，数据传输，信号调制和解调。　　(4)传感器模块　　传感器用于监测充电过程中的各种参数，为微处理器提供实时的状态信息，包括电流传感器，电压传感器，温度传感器等。　　(5)安全保护电路　　安全保护电路用于确保充电过程的安全，防止过流、过压、过热等异常情况对车辆和充电设备造成损坏。　　五、EVCC需要静电浪涌保护吗　　需要，原因如下：　　(1)静电危害：EVCC 可能会受到静电放电的影响。静电放电可能会损坏电子元件，导致设备故障。　　(2)浪涌风险：电气系统中可能会出现浪涌现象，如雷击、电网波动等。这些浪涌可能会对 EVCC 造成严重损坏。　　为了保护 EVCC，我们需要采取以下措施：　　(1)使用静电保护器件：如 TVS 二极管、压敏电阻等，可以有效地吸收静电放电和浪涌能量。　　(2)良好的接地设计：确保 EVCC 有良好的接地，以便将静电和浪涌电流引导到大地。　　六、如何选择合适的EVCC静电浪涌保护器件　　上海雷卯EMC小哥建议在选择合适的静电浪涌保护器件方面建议考虑以下几个方面：　　1、了解保护需求　　(1) 确定保护对象：明确需要保护的是 EVCC中的哪些部分，如微处理器、通信接口、电源电路等。不同的保护对象对静电浪涌保护器件的要求可能会有所不同。　　(2)分析潜在威胁：考虑可能面临的静电和浪涌来源，例如人体静电放电、电源波动、雷击等。了解这些潜在威胁的特性，包括电压幅度、电流大小、上升时间等，以便选择能够有效应对这些威胁的保护器件。　　(3)确定保护等级：根据相关认证标准和规范，确定所需的静电浪涌保护等级。对于EVCC 一般会参考ISO16750-2 5B 和ISO7637-2 5B 做测试 。下面是测试波形和设置参数表格。　　2、选择合适的器件保护类型　　从信号线和电源两个角度来做分析　　(1)信号保护静电放电(ESD)保护器件选择需考虑：　　ESD二极管需要低电容、低漏电流等特点，适用于高速通信接口的静电保护。例如，在 CAN 接口可以选用上海雷卯SMC24。　　聚合物 ESD 抑制器：具有体积小、重量轻、低结电容等优点，适用于空间受限的应用场合，封装参照下图。　　(2)电源浪涌保护器件　　传统方案一般会选择 MOV,GDT ,TVS 进行浪涌保护。缺点是MOV,GDT 器件容易损耗，残压高。　　上海雷卯新型的适合车用的大功率带回扫防浪涌保护TVS ，其残压低，能很好的保护后级电路。如下表所列，为上海雷卯新型大功率低残压常规几颗TVS。　　1，3，5行为新型低残压 TVS, 2，4，6 行为同Vrwm电压同功率的普通TVS。　　从以上参数对比VC要比普通的低很多。　　3、考虑关键参数　　(1) 工作电压：选择保护器件的工作电压应高于被保护电路的正常工作电压，但不能过高，以免影响保护效果。　　(2)钳位电压：钳位电压是指在浪涌发生时，保护器件将电压钳位到的水平。钳位电压越低，对被保护电路的保护效果越好。但钳位电压也不能过低，以免影响正常工作。　　(3)通流容量：通流容量是指保护器件能够承受的最大电流。应根据可能面临的浪涌电流大小选择具有足够通流容量的保护器件，以确保在浪涌发生时能够有效地保护被保护电路。　　(4)响应时间：响应时间是指保护器件从检测到浪涌到开始发挥保护作用的时间。响应时间越短，对被保护电路的保护效果越好。对于高速通信接口和对电压敏感的电子设备，应选择响应时间极短的保护器件。　　(5)电容：对于高速通信接口，保护器件的电容应尽可能小，以免影响信号传输质量。　　4、参考可靠性和品牌因素　　(1) 可靠性：选择具有高可靠性的保护器件，以确保在长期使用过程中能够稳定地发挥保护作用。可以参考保护器件的质量认证、厂家的信誉度、产品的故障率等因素。　　(2). 品牌和供应商：选择知名品牌和可靠的供应商，以保证产品的质量和售后服务。可以通过查阅产品评测、咨询行业专家、参考其他用户的经验等方式来选择合适的品牌和供应商。　　上海雷卯致力于为客户提供高品质产品，以保护电路免受静电干扰和电压波动的影响。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。　　5、进行实际测试和验证　　在实际应用环境中进行测试：在选择保护器件后，应在实际应用环境中进行测试，以验证其保护效果。可以通过模拟静电放电和浪涌情况，观察保护器件是否能够有效地保护被保护电路。　　综上所述，选择合适的静电浪涌保护器件需要综合考虑保护需求、保护器件类型、关键参数、可靠性和品牌因素等，并进行实际测试和验证，以确保能够为 EVCC 提供有效的保护。　　其实对于其它电子产品我们也可以按照同样的方法步骤选择适合的静电浪涌保护器件。
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