使用SurgeSwitch™保护IO-Link

IO-Link是什么?

如今，我们经常听到一个口号，“工业4.0”。工业4.0是指通过自动化、精确的计算机控制机器人、智能机器、智能技术，以及最重要的通过物联网(IoT)技术和海量数据处理(大数据/云)实现的超快速、无故障制造。在过去的几十年里，随着自动化和相关技术的快速发展，工业制造业发生了巨大的变化。在智能工厂中，机器和传感器连接到网络，设备之间相互通信，计算机监控整个系统的网络。其基本思想是从制造链的所有组件捕获实时数据，并远程访问工厂中的任何地方的数据，以减少由故障和全面的实时诊断引起的停机时间。

当今工业4.0智能工厂的支柱是IO-Link．IO-Link是一种标准化的点对点串行通信链路，用于两个节点之间的数据交换。链路的一个端点通常是一个传感器，包括压力、温度、接近度、位置和力传感器，或者一个执行器，如液压缸、线性执行器和气动控制阀等。这种设备通常被称为IO-Link设备。链路的另一个端点是IO-Link主节点。IO-Link主机通常有4 ~ 8个端口，每个端口与一个IO-Link设备建立双向通信。IO-Link主机接收来自设备的所有数据，并通过标准现场总线或工业以太网将该信息传输到PLC或工业计算机。完整的IO-Link系统架构如图1所示。

图1。IO-Link系统架构

IO-Link设备的EOS/ESD保护

IO-Link使整个工业制造过程无压力、无故障。用于IO-Link收发器的集成电路工作在恶劣的制造环境中。不仅如此，在需要时，IO-Link设备还可以从IO-Link主设备中插入或拔出。这些工作条件可能导致瞬时电压峰值，如静电放电(ESD)事件，可达数千伏特，有可能损坏收发器。传统上，瞬态电压抑制(TVS)二极管通过阻止系统级ESD峰值来保护IO-Link端口和收发器免受ESD威胁，从而将高电流从端口转移开。在讨论保护细节之前，让我们先谈谈IO-link端口。

IO-Link设备使用标准的3线或4线连接端口(M12端口)，称为Type- a或Type- B端口。IO-Link主机和IO-Link设备之间的电缆可达20米长。端口的引脚配置如图2所示。

图2。A型和B型IO-Link端口

在两个端口中，在引脚1提供24V DC为IO-Link设备供电。引脚4，表示为C/Q，携带通信或信号信息。C用于单滴数字通信接口(SDCI)或IO-Link模式，其中通信是双向的数字输入(DI)或数字输出(DO)。IO-Link模式可以实现双向通信，传输速率分别为4.8kBit/s (COM1)、38.4kBit/s (COM2)和230.4kBit/s (COM3)。Q用于标准输入输出(SIO)通信。引脚2是可选的A型，有时由制造商设置连接一个额外的数字输入或数字输出信号。否则，它仍然是未连接(NC)。在Type-A端口中，引脚5仍然没有连接。B型端口用于IO-Link设备，需要独立的24V电源额外供电。单独的电源连接在pin2和pin5之间。 Some more extensive devices, such as valve banks and other actuators, utilize an additional power supply via Pin 2 and Pin 5.

在一个瞬态事件中，IO-Link端口的这四个引脚应该同时承受正极性和负极性涌动。在连接器的任何两个引脚之间都需要进行仔细的防雷测试。此外，在保护电路时应满足IEC 61000-4-2 ESD标准、IEC 61000-4-4突发/EFT标准和IEC 61000-4-5浪涌要求标准等。最重要的是，一个紧凑的解决方案有利于节省房地产。188bet网玩法考虑到输入电源公差的15%，可选择电路保护装置。最重要的是，我们可以考虑增加一些覆盖面。因此，对于像IO-Link这样的24V应用，33V的保护装置是合适的。

图3。夹紧电压与峰值脉冲电流的比较

Semtech为IO-Link设备和主收发器提供广泛的保护设备。新TDS3311PSemtech公司的spclamp系统保护组合中的SurgeSwitch™非常适合保护IO-Link设备和主控器。SurgeSwitch不使用传统的PN结TVS二极管进行保护。相反，它使用一个浪涌额定场效应晶体管(FET)作为主要保护元件，它被用作电压控制开关。该技术在保188bet金博宝滚球护io链路不受ESD和EOS事件的影响方面具有很大的优势。这里值得一提的一个优点是在额定峰值脉冲电流范围内几乎恒定的夹紧电压，如图3所示。在工作温度范围内夹紧保持稳定;它不会像传统电视二极管那样在高温下降解。对于在恶劣的工业环境中工作的IO-Link电路，在选择保护装置时，具有一致的超温性能是一个关键点。另一个显著的优点是TDS3311P的夹紧电压至少比传统电视ESD保护器件低30%(图4)。

图4。TDS3311P夹紧电压较低

Semtech的TDS3311P专门设计用于保护工作电压为33V的电压总线或数据线。其额定的高能峰值脉冲电流能力可达35A (tP=8/20 μ s每IEC 61000-4-5)。TDS3311P可满足±1kV的通用工业电压浪涌标准(RS=42Ω， CS=0.5F)。它保护一条IO-Link线的最小击穿电压为36V。在Ipp=35A时，最大夹紧电压为42V。TDS3311P提供符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范的瞬态保护，电压为±30kV(空气)，±30kV(接触)。它的动态电阻只有0.20Ω(典型)。TDS3311P采用6引脚DFN封装，公称尺寸为1.6 x 1.6 x 0.55 mm。

现在让我们来看一些保护IO-Link端口的例子。3引脚IO-Link端口的ESD保护如图5所示。TDS3311P作为D1 ~ D3的静电保护器件。用于VBUS线路上的反向极性保护，一个TVS二极管µ夹™3671便士建议使用。两个相对的TDS3311P可用于双向保护。图6显示了IO-Link 4引脚端口的ESD保护选项。

图5。IO-Link设备三针端口ESD保护

图6。IO-Link设备四针端口ESD保护

与IO-Link设备类似，IO-Link主收发器也需要ESD保护。每个IO-Link master由4到8个端口组成，提供IO-Link设备之间的点对点通信，并作为PLC和现场总线的网关。4个端口的连接通常采用四路收发器。主端口发起通信并与设备之间交换数据。主端口需要保护设备，以满足IEC 61000-4-2 ESD防静电标准、IEC 61000-4-4 burst/EFT防静电标准和IEC 61000-4-5浪涌防静电标准。Semtech的TDS3311P可以在瞬态事件期间保护主端口，如图7所示。

图7。IO-Link Master的ESD保护

Semtech还提供用于IO-Link ESD和电涌保护的传统电视二极管。下表显示了一些用于多线保护和高电压应用的传统Semtech部件。

*电视SDC36C而且µClamp3603T对于IO-Link保护可以在Maxim的参考设计中找到MAX14820＆MAX14827A．

结论

IO-Link是第四次工业革命(工业4.0)不可或缺的一部分，由于其使用简单而广受欢迎。IO-Link端口的使用模式暴露在大量的ESD峰值下。这些端口必须受到ESD威胁的保护，以确保工业制造链保持无故障。Semtech广泛的可信赖电视产品一直是屏蔽世界上许多io链路设备的首选方法。随着Semtech的SurgeSwitch设备的引入，ESD保护显著提高，现在可以确保在恶劣的工业环境中IO-Link通信的更可靠的性能。Semtech的SurgeSwitch TDS3311P是保护IO-Link端口的理想选择，使平滑，无故障不间断的用户体验。

Semtech和Semtech标志是Semtech公司或其关联公司的注册商标或服务标志，而SurgeSwitch、SClamp和µClamp是Semtech公司或其关联公司的商标或服务标志。