RS485（RS232、RS422）数据总线雷击过压防护







1、RS485 总线的应用领域



l 工业控制，DCS，数据采集系统



l 高速公路收费系统



l 过程控制及制造



l 电力系统采集与控制系统



l 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/G3


R1/R2


TVS1/TVS2


比较



方案一(插件)


YS-301


K250-120U


P6KE6.8CA


体积小/防护中/成本低



方案二(贴片)


SPMB301


10Ω/1W(SMD)


SMBJ6.0CA


体积小/防护中/成本低



方案三(插件)


3RM090/2RM090


K250-120U


P6KE6.8CA


体积大/防护高/成本高



方案四(贴片)


SPC301


10Ω/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-T K20/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SMBJ12CA。


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