方新公司RS485防雷方案介紹

RS485數(shù)據(jù)總線雷擊過壓防護(hù)
1． RS485總線的應(yīng)用領(lǐng)域
工業(yè)控制，DCS，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
高速公路收費(fèi)系統(tǒng)
過程控制及制造
電力系統(tǒng)采集與控制系統(tǒng)
遠(yuǎn)程終端互連
2． 雷擊過壓防護(hù)的必要性
由于RS485總線實(shí)行長(zhǎng)距離傳輸(1200米以上)，而且其傳輸線通常暴露于戶外，因此極易因?yàn)槔讚舻仍蛞脒^電壓。而RS485收發(fā)器工作電壓較低（5V左右），其本身耐壓也非常低（-7V~+12V），一旦過壓引入，就會(huì)擊穿損壞。在有強(qiáng)烈的浪涌能量出現(xiàn)時(shí)，甚至可以看到收發(fā)器爆裂，線路板焦糊的現(xiàn)象。
3． 防護(hù)方法及原理

以上為RS485總線的兩級(jí)防護(hù)電路圖。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，感應(yīng)過電壓由T與R端引入，G1.G2進(jìn)行共模防護(hù)，G3進(jìn)行差模保護(hù)，此時(shí)過電壓被大大削弱到約500V左右，在經(jīng)過電阻R1R2限流，TVS1/2二次限壓后，到收發(fā)器的電壓被鉗制在6.8V左右，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)收發(fā)器的保護(hù)。
型 號(hào)（G1/G2/G3） 直流開啟電壓Vs(100V/S) 絕緣電阻Ir(DC100V) 靜電電容（1KHZ） 通流能量（10/700us）
GS41-201M 160V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A
GSMD201M 160V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A

4． 方案選擇與對(duì)比
G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比較
方案一 GS41-201M JK250-120U P6KE6.8CA 體積小/防護(hù)中/成本低
方案二 LC3R90W JK250-120U P6KE6.8CA 體積大/防護(hù)高/成本高
5． 知識(shí)問答
問：各種器件的選擇依據(jù)是什么？
答：G1G2G3的選擇首先考慮其耐壓耐流能力。如玻璃放電管GS41-201M能承受10/700us，4KV雷擊測(cè)試；LC3R90W氣體陶瓷管可承受10/700us，8KV雷擊測(cè)試。R1R2可選擇限流效果最好的高成本PTC電阻，也可以選擇低成本線繞電阻。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，JK250-120U自恢復(fù)保險(xiǎn)絲不但可滿足高壓測(cè)試要求，同時(shí)可有效進(jìn)行過流防護(hù)；如要降低成本，該方案中的R1/R2可選擇10Ω/1W線繞電阻，價(jià)格低廉，效果不錯(cuò)。 TVS1/2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。可在6~10V左右選擇。
注：GS41-201M對(duì)應(yīng)貼片型號(hào)為JSMD201M，P6KE6.8CA對(duì)應(yīng)貼片型號(hào)為SMBJ6.0CA。
問：怎么防護(hù)交流線搭接情況？
答：交流線搭接與雷擊是完全不同的概念。交流線搭接在信號(hào)線上，因其功率大，時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)立即燒毀信號(hào)收發(fā)器。因此，用交流電模擬雷擊測(cè)試也是不可行的。其實(shí)，只要注意器件選擇，也可同時(shí)防護(hù)雷擊與交流線搭接。選擇器件注意兩點(diǎn)：一，交流搭接后會(huì)有持續(xù)大電流通過，必須采用過流保護(hù)器件；二，防雷管必須不被交流損壞。
問：過壓防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)是什么？
答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/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。10/700us為通信線路中感應(yīng)出的雷電壓波形，表示從零值上升至峰值為時(shí)間為10us，下降至峰值的一半為700us。
問：雷擊過壓防護(hù)的接地要求？
答：雷擊浪涌防護(hù)除了需要選擇優(yōu)質(zhì)的防護(hù)器件，進(jìn)行良好的電路板設(shè)計(jì)，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的連接至大地，且接地電阻不能超過10歐。可靠的接地可以大大提高防護(hù)效果，而不良的接地也會(huì)大大消弱防護(hù)效果。
問：為了降低成本及體積，可不可以只采用一級(jí)防護(hù)？
答：不好。能承受大能量雷擊的器件（如GS41-201M）不可能一次將雷擊電壓鉗制到芯片可以承受的水平。TVS雖然可以將雷擊電壓一次鉗制到芯片可以承受的水平，但是不能承受大的雷擊能量，因此必須兩級(jí)防護(hù)。
問：RS232，RS422的防護(hù)與RS485有何區(qū)別？
答：防護(hù)原理完全相同。只是根據(jù)其工作電壓的不同，精細(xì)保護(hù)器件TVS的電壓參數(shù)應(yīng)選擇不同。如RS232最大工作電壓為15V，則TVS選擇為P6KE18CA（18V），RS422最大工作電壓為12V，則TVS選擇為P6KE15CA（15V）。

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