一、基本背景介紹
RS485作為目前行業(yè)內(nèi)最為最常用的串行差分通訊方式之一,采用平衡發(fā)送,差分接收的方式,因此具有抑制共模干擾的能力,由于其具有通訊距離長(zhǎng)(1200m以上),傳輸速率高(10Mbps),高的信噪比,控制方便,成本低,可以在一個(gè)單獨(dú)的總線上實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)以及能夠使用的收發(fā)器品種多等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)越來(lái)越得到用戶的肯定。
但是伴隨著使用頻率的增高,其遇到的問(wèn)題也日益增加。由于RS485通訊傳輸線通常暴露于戶外,日常生活中雷電和靜電干擾已經(jīng)成為RS485通信總線在實(shí)際工程經(jīng)常遇到的問(wèn)題,RS485收發(fā)器的工作電壓較低,只有5V,元器件本身的耐壓也較低,通常只有-7V~+12V,因此雷電等引入的過(guò)電壓通常能夠瞬間損壞RS485收發(fā)器,對(duì)通信系統(tǒng)造成遭到嚴(yán)重的毀壞;此外,靜電電磁干擾也嚴(yán)重地影響通信總線的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。
故如何對(duì)RS485芯片以及傳輸總線進(jìn)行有效的保護(hù),是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。在這里,我們將針對(duì)RS485通訊中的防雷保護(hù)及方案、元器件選型等做一個(gè)比較詳細(xì)的討論。
二、RS485通訊保護(hù)方案(相關(guān)閱讀:高分子PTC熱敏電阻的存貯期多長(zhǎng)?)
A.原理圖
RS485防雷保護(hù)設(shè)計(jì)圖
以上為RS485總線的兩級(jí)防護(hù)原理圖。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí),感應(yīng)過(guò)電壓通過(guò)傳輸線由左端引入,G1~G3組成的GDT做一級(jí)防護(hù),此時(shí)過(guò)電壓被大大削弱到數(shù)百伏左右,整個(gè)回路由于GDT的導(dǎo)通呈現(xiàn)較大的電流,導(dǎo)致PPTC立刻動(dòng)作,將整個(gè)回路的電流限制在允許的范圍以內(nèi);TVS1~TVS2做為二次限壓,使到后端電路的電壓被箝制在8V左右,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后端電路的保護(hù)。
B.保護(hù)等級(jí)
可通過(guò)IEC61000-4-5,4級(jí)標(biāo)準(zhǔn):
1.2/50us 4KV
10/700us 6KV
8/20us 2KA
C.器件選擇
GDT: ××××
PPTC: ××××
TVS: ××××
D.器件選型說(shuō)明
氣體放電管GDT: 直流擊穿電壓大于線路中的正常工作電壓,放電管允許的通過(guò)電流超過(guò)或等于設(shè)計(jì)通過(guò)的最大電流即可。(推薦閱讀:是否可以申請(qǐng)免費(fèi)樣品)
自恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPTC:PPTC的最大額定工作電壓應(yīng)大于電路正常最大工作電壓。Ih保持電流應(yīng)大于最大工作電流,It動(dòng)作電流應(yīng)小于線路的最大可承受電流。
瞬態(tài)抑制二極管TVS:通用信號(hào)傳輸線上TVS的擊穿電壓VBR應(yīng)高于信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)電壓,在此前提下, VBR應(yīng)盡可能選得低一些,較低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保護(hù),并且具有較大的通流容量。
四、各種器件的選擇依據(jù)
GDT的選擇首先考慮其耐壓耐流能力。TVS選擇根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定,一般略高于芯片最高工作電壓。
保險(xiǎn)絲可選擇限流效果最好的PPTC,即:可恢復(fù)保險(xiǎn)絲,可采用出廠阻值1.35~6.5歐姆左右,不動(dòng)作電流為100~200mA的可恢復(fù)保險(xiǎn)絲,PPTC由于其特殊的工藝,決定其在回路流過(guò)正常的工作電流時(shí),其呈現(xiàn)很低的阻值,可以視為一顆導(dǎo)線。
當(dāng)回路流過(guò)的電流達(dá)到正常工作電流的2倍會(huì)以上時(shí),其內(nèi)部集聚的熱量導(dǎo)致阻值將迅速跳變呈現(xiàn)數(shù)十K歐姆或更大的阻值,進(jìn)而限制了整個(gè)回路的電流在一個(gè)極其小的范圍內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的有效保護(hù),當(dāng)斷開(kāi)電源,PPTC的因?yàn)檫^(guò)流而產(chǎn)生熱量散發(fā)后,又會(huì)在大約1分鐘左右自動(dòng)恢復(fù)到出廠的低阻值。(推薦閱讀:自恢復(fù)保險(xiǎn)絲在禁止吸煙器中的保護(hù)應(yīng)用)
五、過(guò)壓防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)
IEC61000-4-5,ITU-TK20/K21及國(guó)標(biāo)GB9043均有關(guān)于雷擊浪涌抗擾度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。其通信線路的最高測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為10/700us,4KV。
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