RS485數據總線雷擊過壓防浪涌保護方案

1、RS485 總線的應用領域：

   工業控制，DCS，數據采集系統

高速公路收費系統

   過程控制及制造

   電力系統采集與控制系統

   遠程終端互連

2、雷擊過壓防護的必要性：

由于RS485總線實行長距離傳輸(1200米以上)，而且其傳輸線通常暴露于戶外，因此極易因為雷擊等原因引入過電壓。而RS485收發器工作電壓較低（5V左右），其本身耐壓非常低（-7~+12V），一旦過壓引入，就會擊穿損壞芯片。還有強烈的浪涌能量出現時，甚至可以看到收發器爆裂，線路板焦糊的現象。

3、防護方法及原理圖：

以上為RS485總線的兩級防護電路圖。當雷擊發生時，感應過電壓由兩端引入，G2與G3進行共模防護，G1進行差模防護，此時過電壓被大大削弱到約500V左右，在經過電阻R1、R2限浪，TVS1/2二次限壓后，到收發器的電壓被箝制在6.8V左右，從而實現對收器的保護。

4、方案選擇與對比

5、知識問答

問：各種器件的選擇依據是什么？

G1G2G3的選擇首先考慮其耐壓耐流的能力。如YS-301能承受10/700μS， 4KV雷擊測試；90V陶瓷放電管（3RM090L-8）可承受10/700μS, 8KV雷擊測試；R1R2可選擇限流效果最好的高成PPTC，他既可以是一個限流電阻，也可以當一個保險絲使用。當然這里也可以選擇線繞電阻，經過實際測試，該方案中的線繞電阻選擇為10Ω/1W,價格低廉，效果不錯；PTC則可以采用10Ω左右，100~200MA，耐壓250V以上的自恢復保險絲。TVS1/2選擇根據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，可以6.8V-10V之間選擇。

問：過壓防護標準的依據是什么？

IEC6100-4-5，ITU-T K20/K21及國標GB9043均有關于雷擊浪涌抗擾度測試標準。其通信線路的最高測試標準為10/700μS,4KV。10/700μS為通信線路中感應出的雷電壓波形，表示從零值上升至峰為時間為10ms , 下降至峰值的一半為700μS。

問：雷擊過壓防護的接地要求？

雷擊浪涌防護除了需要選擇優質的防護器件，進行良好的電路板設計，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效果，而不良的接地也會大大削弱防護效果。

問：為了降低成本及體積，可不可以只采用一級防護？

不好，能承受大能量雷擊的器件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在承受的水平，但是不能承受大的雷擊能量，因此必須兩級防護。

問：RS232，RS422的防護與RS485有何區別？

防護方法完全相同。只是根據其工作電壓的不同，精細保護器件TVS的電壓參數應選擇不同。如RS232最大工作電壓為15V，則TVS選擇為P6KE18CA或貼片SMBJ15CA，RS422最大工作電壓為12V，則TVS選擇為P6KE15CA或貼片SMBJ12CA

 RS485口較常見的損壞情況如下：

　　●R1或R2被燒斷，(10Ω/1W的電阻根本就不能承受雷擊測試.)TV1、TV2和485芯片完好。這是由于有較大的瞬態干擾電流經R1或R2、會將其燒斷。

　　●485芯片損壞(YS301..等300V放電管起不到任何保護作用)R1、R2和TV1、TV2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態過電壓速度快于TV1、TV2的動作速度造成的，靜電無處不在，僅人體模式也會產生±15kV的靜電。

　　●TV1或TV2、485芯片損壞，R1和R2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態干擾電壓將TV1或TV2和485芯片擊穿，由于電流較小和發生時間較短因而R1、R2不至于發熱燒斷。

　　由以上分析得知485接口損壞的主要原因是由于瞬態過電壓和靜電造成，產生瞬態過電壓和靜電的原因很多也較復雜，所以EIA-485標準要求將各個RS485接口的信號地用一條低阻值導線連接在一起以保證各節點的地電位相等，消除地線環流！

　　當帶電插拔未隔離的連接電纜時，由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件，插拔瞬間必然產生瞬態過電壓或過電流。

　　連接在RS485總線上的其它設備產生的瞬態過電壓或過電流同樣會流入，總線上連接的設備站點數越多，產生瞬態過電壓的因素也越多。

　　當通信線路較長或有室外架空線時，雷電必然會在線路上造成過電壓，其能量往往是巨大的 。

解決辦法：

　　●應將瞬態抑制二極管靠近接口，限流(匹配)電阻靠近芯片。

　　●選用帶靜電保護、過熱保護、輸入失效保護等保護措施完善的高擋次RS485芯片。

　　●采用響應速度更快、承受瞬態功率更大的新型保護器件TVS或陶瓷浪涌吸收器，如LT-BS0080MS的 ,2KV 10/700uS，寬頻優化保護器LT-B3D420L則可抗擊5KA以上大電流沖擊。

　　●R1和R2采用正溫度系數的自恢復保險PTC，如K250-120，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當受到浪涌沖擊時，大電流流過PTC和保護器件TVS，PTC的電阻值將驟然增大，使浪涌電流迅速減小。