方新公司RS485防雷方案介紹

RS485數(shù)據(jù)總線雷擊過壓防護
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(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，就會擊穿損壞。在有強烈的浪涌能量出現(xiàn)時，甚至可以看到收發(fā)器爆裂，線路板焦糊的現(xiàn)象。
3． 防護方法及原理

以上為RS485總線的兩級防護電路圖。當(dāng)雷擊發(fā)生時，感應(yīng)過電壓由T與R端引入，G1.G2進行共模防護，G3進行差模保護，此時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，從而實現(xiàn)對收發(fā)器的保護。
型 號（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． 方案選擇與對比
G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比較
方案一 GS41-201M JK250-120U P6KE6.8CA 體積小/防護中/成本低
方案二 LC3R90W JK250-120U P6KE6.8CA 體積大/防護高/成本高
5． 知識問答
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雷擊測試；LC3R90W氣體陶瓷管可承受10/700us，8KV雷擊測試。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)過實際測試，JK250-120U自恢復(fù)保險絲不但可滿足高壓測試要求，同時可有效進行過流防護；如要降低成本，該方案中的R1/R2可選擇10Ω/1W線繞電阻，價格低廉，效果不錯。 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對應(yīng)貼片型號為JSMD201M，P6KE6.8CA對應(yīng)貼片型號為SMBJ6.0CA。
問：怎么防護交流線搭接情況？
答：交流線搭接與雷擊是完全不同的概念。交流線搭接在信號線上，因其功率大，時間長，會立即燒毀信號收發(fā)器。因此，用交流電模擬雷擊測試也是不可行的。其實，只要注意器件選擇，也可同時防護雷擊與交流線搭接。選擇器件注意兩點：一，交流搭接后會有持續(xù)大電流通過，必須采用過流保護器件；二，防雷管必須不被交流損壞。
問：過壓防護標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)是什么？
答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及國標(biāo)GB9043均有關(guān)于雷擊浪涌抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)。其通信線路的最高測試標(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間為10us，下降至峰值的一半為700us。
問：雷擊過壓防護的接地要求？
答：雷擊浪涌防護除了需要選擇優(yōu)質(zhì)的防護器件，進行良好的電路板設(shè)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消弱防護效果。
問：為了降低成本及體積，可不可以只采用一級防護？
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，因此必須兩級防護。
問：RS232，RS422的防護與RS485有何區(qū)別？
答：防護原理完全相同。只是根據(jù)其工作電壓的不同，精細(xì)保護器件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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