news 2026/5/12 8:52:30

【电路】485总线隔离必要性

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张小明

前端开发工程师

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【电路】485总线隔离必要性

影响RS-485通讯的因素:

1、大地的电势差

许多实际应用中,通信距离可达几千米,节点之间的距离很远。设计者常常直接将每个节点的参考地接于本地的大地,作为信号的返回地,看似正常可靠的做法,却存在极大的隐患!即使调试正常的系统,也可能在使用一段时间后出现各种问题。常常被忽略的问题是:两个节点之间大地也可能存在很大的电势差!实际的大地并不是理想的“0”电位,大地也是导体,也存在阻抗。当大的电流流过大地时,流过电流的大地两端也会存在电势差。如图所示:

若直接将相距很远的通信节点分别连接至各自的本地大地,地电势差会以共模电压的形式叠加在总线发送器的输出端,叠加之后的信号可能远远超过接收器所能承受的共模输入电压范围,从而无法正常接收信号,严重还会损坏收发器。

2、地环路影响

既然节点之间的大地存在电势差,那直接用一根线将两个节点的地再连起来不就可以了?大错特错!这样做只能使情况更加严重,这根长长的导线会与大地形成一个极大的地环路!相信大家在学生时代就知道,一个闭合线圈在变化的磁场里面就会产生电流。50Hz 的交流电力线、大型电机等,都是交流磁场的来源,若总线靠近或经过这些地方,地环路就会产生电流高达数安培甚至上百安培。电流流过地环路产生的共模电压就会影响总线的正常通信。除了稳定的磁场来源,一些电力线的浪涌、雷击、高频噪声等瞬态干扰都有可能被这个巨型的“环形天线”拾取,并造成通信异常。

那么怎么消除以上因素的影响呢,唯一的方法就是采用浮地技术,将通讯设备和大地隔开,不能形成回路,如下图:

隔离操作最重要的就是使用隔离电源,将右侧电压(输出电压)浮空。某个节点的A、B电压对另一个节点是没有意义的,可以说都是无限大,用万用表是测不出的。只有A、B的压差是有意义的,这样可以消除大地电势差带来的影响。

当然你将浮空后的所有节点的地线连接也是OK的,将所有节点的“0”电位统一,RS-485总线一样正常。

实际应用的隔离有两种情况:

1、确保万无一失的,在电路板上加隔离,比如使用自带隔离电源的芯片ADM2587E,防止出现图1的情况:各个节点设备的电源地都接入大地,且大地之间有较大电势差。

2、正常给设备的供电的直流电源就已经是隔离电源,如果各节点都是用不接地的直流电源,或者只有一个节点接地,又或者接地的节点之间没有较大的大地电势差,那总线网络是可以正常工作的。所以电路板上的RS-485电路一般可以不加隔离,但是加个TVS作电压保护还是要的。如果实在不行,必须加隔离,在不动电路板的情况下,淘宝上带隔离的485中继器还是很多的。

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