使用SurgesWitch™保护IO-Link

什么是io-link？

如今，我们更频繁地听到“工业4.0”的口号。行业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是，通过物联网（IoT）技术和大量数据实时访问信息的超级快速，无故障制造处理（大数据/云）。在过去的几十年中，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转变。在机器和传感器连接到网络的智能工厂中，设备相互通信，计算机监视系统的整个网络。基本思想是从制造链的所有组件中捕获实时数据，并在工厂中任何地方访问远程访问数据，以最大程度地减少故障引起的停机时间以及全面的实时诊断。

当今智能工厂4.0的骨干是io-link。IO-Link是两个节点之间数据交换的标准化的，点对点的串行通信链接。链接的一个端点通常是一个传感器，包括压力，温度，接近性，位置和力传感器，或执行器，例如液压缸，线性执行器和气动控制阀等。此类设备通常称为IO-Link设备。链接的另一个端点是IO链接主。IO-Link Master通常具有4到8个端口，每个端口都与一个IO-Link设备建立双向通信。IO-Link主体通过标准的FieldBus或Industrial Ethernet从设备中接收所有数据，并将其传输到PLC或工业计算机。完整的IO-Link系统体系结构如图1所示。

图1. IO-Link系统体系结构

IO-Link设备的EOS/ESD保护

IO-Link使整个工业制造过程无压力和无故障。IO-LINK收发器中使用的集成电路在苛刻的制造环境中工作。不仅如此，需要在需要时插入IO-Link设备并从IO-Link主机上插入。这些工作条件可能会导致瞬时电压尖峰，例如静电放电（ESD）事件，这些事件可能达到数千伏，可能会损害收发器。传统上，瞬态电压抑制（TVS）二极管通过逮捕系统级ESD峰来保护IO-Link端口和收发器免受ESD威胁，从而从港口转移了高潮。在进入保护细节之前，让我们首先讨论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A型或类型B端口。IO-Link主机和IO-Link设备之间的电缆长达20米。端口的引脚配置如图2所示。

图2.类型A和类型B IO-Link端口

在两个端口中，在引脚1处提供24V DC，以供电IO-Link设备。引脚4（表示为C/Q）带有通信或信号信息。C用于单滴数字通信界面（SDCI）或IO-Link模式，其中通信与数字输入（DI）或数字输出（DO）进行双向。在IO-Link模式下，可以进行双向通信为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对于A型是可选的，有时是由制造商设置的，以连接附加的数字输入或数字输出信号。否则，它仍未连接（NC）。引脚5在A型端口也没有连接。B型端口用于IO-Link设备，需要独立的24V电源中的额外电源。单独的电源在引脚2和引脚5之间连接。一些更广泛的设备（例如阀库和其他执行器）通过引脚2和引脚5使用额外的电源。

在瞬态事件中，IO-Link端口的这四个引脚应忍受正极和负极性的激增。连接器的两个引脚中的任何一个都需要进行仔细的电涌保护测试。此外，ESD的IEC 61000-4-2等标准，IEC 61000-4-4用于爆发/EFT，以及在保护电路时应满足电涌要求的IEC 61000-4-5。最重要的是，紧凑的解决方案对拯救房地产是有益的。188bet网玩法可以选择有15％的输入供应公差的电路保护设备。最重要的是，我们可以考虑更多的覆盖范围。因此，对于像IO-Link这样的24V应用程序，适用于33V保护设备。

图3.夹紧电压与峰值脉冲电流比较

Semtech为IO-Link设备和大师收发器提供了广泛的保护设备。新的TDS3311p来自Semtech的SCLAMP™系统保护组合的SurgesWitch™非常适合保护IO-Link设备和大师。SurgesWitch不使用常规的PN接线电视二极管进行保护。取而代之的是，它使用电涌评级的场效应晶体管（FET）作为主要保护元件，该元件用作电压控制开关。这项技术在188bet金博宝滚球保护IO链接免受ESD和EOS事件的影响方面具有很大的优势。这里值得一提的是一个值得一提的优点是在额定峰脉冲电流范围内几乎恒定的夹紧电压，如图3所示。夹紧在工作温度范围内保持稳定。它不会像传统的电视二极管那样在温度上降解。在温度上的一致性是为在坚固的工业环境中工作的IO-Link电路选择保护设备的关键点。另一个重要的优势是，TDS3311p的夹紧电压至少比传统的电视ESD保护设备低30％（图4）。

图4. TDS3311p的较低夹具电压

Semtech的TDS3311P专门设计用于保护电压或数据线的工作电压为33V。它的额定能力高达35A（TP = 8/20µS，每IEC 61000-4-5）的额定值。TDS3311p可用于满足±1KV的常见工业电压电压标准（Rs =42Ω，CS = 0.5F）。它保护一条IO-Link线，最小击穿电压为36V。在IPP = 35A时，最大夹紧电压为42V。TDS3311p根据IEC 61000-4-2（ESD）的规格提供瞬态保护，以±30kV（空气），±30kV（接触）。它的动态电阻仅为0.20Ω（典型）。TDS3311p可在6铅DFN软件包中获得，名义尺寸为1.6 x 1.6 x 0.55 mm。

现在，让我们研究一些保护IO-Link端口的示例。如图5所示，可以完成3个引脚IO-Link端口的ESD保护。TDS3311p用作D1到D3的ESD保护设备。对于VBU线路上的反极性保护，电视二极管µClamp™3671p建议使用。两个彼此面对的TDS3311p可用于双向保护。图6显示了IO-Link 4针端口的ESD保护选项。

图5. IO-LINK设备的ESD保护三针端口

图6. IO-Link设备的ESD保护四针端口

与IO-Link设备相似，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，并用作通往PLC和FieldBus的网关。通常，四四个端口的连接使用了四方收发器。主端口启动通信和从设备交换数据。主端口需要保护设备来满足ESD免疫的IEC 61000-4-2等标准，IEC 61000-4-4用于爆发/EFT免疫，而IEC 61000-4-5用于激增的免疫力。如图7所示，Semtech的TDS3311p可以在瞬态事件中保护主端口。

图7. IO-Link Master的ESD保护

Semtech还为IO-Link ESD和电涌保护提供了传统的电视二极管。下表显示了一些用于多线保护和更高电压应用的常规Semtech零件。

*电视SDC36C和µClamp3603T对于IO-Link保护，可以在Maxim参考设计中找到Max14820和Max14827a。

结论

IO-Link是第四次工业革命（行业4.0）的组成部分，由于其简单性而非常受欢迎。IO-Link端口的使用模型暴露于大量的ESD尖峰。必须保护港口免受ESD威胁的危险，以使工业制造链仍然没有故障。长期以来，Semtech广泛的受信任电视产品一直是保护世界许多IO链接设备的首选方法。随着Semtech的SurgesWitch设备的引入，现在可以显着提高ESD保护，以确保在恶劣的工业环境中IO-Link通信的更可靠性。Semtech的SurgesWitch TDS3311P非常适合保护IO-Link端口 - 实现平稳，无故障的不间断用户体验。

Semtech和Semtech徽标是注册的商标或服务标记，Surgeswitch，Sclamp和µClamp是Semtech Corporation或其分支机构的商标或服务标记。