关于485通讯电路中TVS管使用的分析

关于485通讯电路中TVS管使用的分析一、【问题描述】在质量例会中对XX产品的质量进行分析，在所有的返回的产品中，发现通讯问题的比例比较高，达15%。加上最近从公司一次返回XX从机7个。二、【原因分析】通过品质部分析的结果：都为过压导致器件烧毁。对于电路进行查看如下所示：图1图1:485电路下图为CBB电路的原理图：图2通信地R310M或TVS管从属方ADM483E12348675RXDCS-RXDCE-TXDTXDVCCTX+/RX+TX-/RX-GND两个7.5V稳压管以下是从属方接收匹配电路B472/1KV大地R251KR110K+5VA图2，公司485通讯CBB电路由于失效芯片的结果都为过压导致器件烧毁，因此问题集中在查找过压来源和485的防护措施两个方面。１，持续过压方面:仔细检查了从JYM-S2的接插端子，基本都为低压信号，高压端子的插不进通讯端子中，因此，直接有高压端子差错的可能性几乎不存在，因此持续高压进来基本也不存在，那过压从哪里来呢？系统的可靠接地也对RS485电路有影响。当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为V1，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差V3。那么，接收器输入端的共模电压V2就会达到V2=V1+V3。RS-485标准规定V1≤3V，但V3可能会有十几伏甚至数十伏，并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入V2超出正常范围。收发器的共模电压有一定范围(-7V～12V),当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。因此，合作厂在调试时需要可靠的接地，不接地，难免出现超过(-7V～12V)电压的情况，而导致485芯片失效。２，瞬态高压方面：主要集中在485的防护措施中，找了些485芯片的相关资料：知道RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许范围为-7V～12V，超过此范围的过压瞬变可能会损坏器件。引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等。静电放电电压可以高达数千伏，可以使工作中的器件产生闭锁而不能运行或使器件受损；而雷电感应在RS-485传输线上引起的瞬变干扰，可在瞬间烧毁连接在传输线上的全部器件，查看不同产品的监控的485电路，基本都一致，唯一有差别的地方为TVS管型号不一致，有的采用13.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS的管子，有的采用6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS的管子。选用TVS管型号为13.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS，如果有持续时间更长的高压进来的话，其箝位电压可达14~15v左右，而查看资料知道：RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许范围为-7V～12V，超过此范围的过压瞬变可能会损坏器件。如果选用6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS的管子，如果有瞬态高压进来，箝位能够在7v左右，在485的保护范围-7V～12V之内。因此在以后的产品开发中，建议选用选用6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS的TVS管。查找了EP监控产品中485电路中TVS管使用的情况如下:产品名称485电路使用的TVS管型号PSM-E01/E02,PSM-E11,EBU01，6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHSPFU-12,JYM-S2,JYM-M2,PSM-E2013.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS统计了近一年以内（2007，11月份开始）的监控类通讯故障结果。该数据来源于客户部的08年XX电源故障散件情况汇总及维护谯智处的EP监控开局不良问题分析汇总。主要还是在XX和XX两个中，其中XX其故障表现为和主机通讯中断，察看XX监控开局不良问题分析（5月份迄今的汇总），无XX的485芯片失效的记录。产品通讯问题返回个数XX5XXX4X15XXXXXX21再查找了一些其他产品线的用法。如下图所示为X某产品的：图3所示：第一级为空气放电管，选择三端放电管。它既可以起到差模防护的作用，也可以起到共模防护的作用，具体防护能力取决于空气放电管的通流量。可以防护共模5kA，差模3kA。第二级由分立元件组成，其中TVS管D17用来防护差模浪涌电压，TVS管D89和D24各自接地用来滤除共模浪涌电压，TVS管编码15040143。其中TVS管的箝位电压也采用的是6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS的TVS管。图3，某产品的485通讯电路对更改TVS管前后的样机进行EMC的EFT实验对比，两个样机，更改前的样机能够通过2000V，B判据，而更改后的样机JYS2能够通过2500V，B判据。在做完EMC实验后，两个样机和监分别通讯，发现更改前的样机和监控通讯时候，监控出现时断时续的告警，更改485芯片后，通讯正常。而更改TVS管后的JYMS2监控通讯半个小时，通讯都正常。实验结果说明：采用485通讯电路中的防护电路中，采用TVS管6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS后的防护效果比采用13.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS的TVS管的效果更好一些。三、【结论】1，要求用户在现场上电调试之前，需要保证系统的可靠接地，需要强化这方面的意识。2，在后续的产品开发中，485电路建议选用6.45V/10.5V/57A-SOD6,ROHS的TVS管，而不选用13.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS的TVS管。而232电路中的TVS管建议选取13.3V/19.9V/30.2A-SOD6,ROHS的TVS管。