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RS485数据总线雷击过压防浪涌保护方案2008-11-0815:45:51|分类：串口系列|标签：|字号大中小订阅1、RS485总线的应用领域：工业控制，DCS，数据采集系统高速公路收费系统过程控制及制造电力系统采集与控制系统远程终端互连2、雷击过压防护的必要性：由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压非常低（-7~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏芯片。还有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。3、防护方法及原理图：以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，G2与G3进行共模防护，G1进行差模防护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1、R2限浪，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被箝制在6.8V左右，从而实现对收器的保护。4、方案选择与对比G1/G2/G3R1/R2TVS1/TVS2比较方案一(插件)YS-301K250-120UP6KE6.8CA体积小/防护中/成本低方案二(贴片)SPMB30110Ω/1W(SMD)SMBJ6.0CA体积小/防护中/成本低方案三(插件)3RM090/2RM090K250-120UP6KE6.8CA体积大/防护高/成本高方案四(贴片)SPC30110Ω/1W(SMD)SMBJ6.0CA体积小/防护中/成本低5、知识问答问：各种器件的选择依据是什么？G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流的能力。如YS-301能承受10/700μS，4KV雷击测试；90V陶瓷放电管（3RM090L-8）可承受10/700μS,8KV雷击测试；R1R2可选择限流效果最好的高成PPTC，他既可以是一个限流电阻，也可以当一个保险丝使用。当然这里也可以选择线绕电阻，经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择为10Ω/1W,价格低廉，效果不错；PTC则可以采用10Ω左右，100~200MA，耐压250V以上的自恢复保险丝。TVS1/2选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，可以6.8V-10V之间选择。问：过压防护标准的依据是什么？IEC6100-4-5，ITU-TK20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700μS,4KV。10/700μS为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰为时间为10ms,下降至峰值的一半为700μS。问：雷击过压防护的接地要求？雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧，可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大削弱防护效果。问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？不好，能承受大能量雷击的器件不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平，TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可在承受的水平，但是不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。问：RS232，RS422的防护与RS485有何区别？防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。如RS232最大工作电压为15V，则TVS选择为P6KE18CA或贴片SMBJ15CA，RS422最大工作电压为12V，则TVS选择为P6KE15CA或贴片SMBJ12CARS485口较常见的损坏情况如下：●R1或R2被烧断，(10Ω/1W的电阻根本就不能承受雷击测试.)TV1、TV2和485芯片完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、会将其烧断。●485芯片损坏(YS301..等300V放电管起不到任何保护作用)R1、R2和TV1、TV2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于TV1、TV2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。●TV1或TV2、485芯片损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将TV1或TV2和485芯片击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。由以上分析得知485接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，所以EIA-485标准要求将各个RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流！当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。当通信线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的。解决办法：●应将瞬态抑制二极管靠近接口，限流(匹配)电阻靠近芯片。●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片。●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或陶瓷浪涌吸收器，如LT-BS0080MS的,2KV10/700uS，宽频优化保护器LT-B3D420L则可抗击5KA以上大电流冲击。●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如K250-120，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过PTC和保护器件TVS，PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。