RS485数据总线雷击过压防护技术介绍

RS485数据总线雷击过压防护
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），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在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
                    
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T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2/3二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保护。
型   号（G1/G2/G3） 直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ） 通流能量（10/700us）
GS41-181N 120V~240V   ≥100MΩ    ≤2PF 4KV/500A

4． 方案选择与对比
G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2/3 比较
方案一 GS41-181N 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低
方案二 3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高
方案三 P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中
5． 知识问答
问：各种器件的选择依据是什么？
答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。如GS41-181N能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。R1R2可选择限流效果的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择10Ω/1W，价格低廉，效果不错；PTC则可采用10欧左右，200~300mA,耐压600V的陶瓷或高分子热敏电阻。TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片工作电压。
问：过压防护标准的依据是什么？
答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的测试标准为10/700us,4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰值为时间为10us，下降至峰值的一半为700us。
问：雷击过压防护的接地要求？
答：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消弱防护效果。
问：为了降低成本及体积，可不可以只采用防护？
答：不行。能承受大能量雷击的器件（如RS485）不可能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钳制到芯片可以承受的水平，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？
答：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工作电压为15V，则TVS选择为P6KE18CA（18V），RS422工作电压为12V，则TVS选择为P6KE15CA（15V）。