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超可靠防雷電路,RS-485接口暴露也不怕

發(fā)布時間:2014-12-14 責任編輯:sherryyu

【導讀】RS-485成為智能電表的標準通信接口,但RS-485口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RS-485收發(fā)器工作電壓較低,其本身耐壓也非常低,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。因此防雷擊保護成為RS-485接口設計必須要考慮的。
 
智能電表系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應用到工業(yè)和生活的領域。在電表中使用自動抄表技術(shù)通過通信端口讀取數(shù)據(jù),而且大部分情況采用遠程讀數(shù)方式。對于電表應用來說既安全又節(jié)省了時間和金錢。實現(xiàn)該技術(shù)的關鍵是確保通信鏈路安全可靠。由于RS-485標準具有長距離傳輸(1200米以上),最大傳輸數(shù)率可以達到10Mbps,且高信號噪聲印制。同時,RS-485電路具有控制方便,成本低等優(yōu)點,使多點連接成為可能。因此,RS-485成為智能電表的標準通信接口。但RS-485口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RS-485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。因此防雷擊保護成為RS-485接口設計必須要考慮的。
  
通常,如圖1所畫,使用PPTC和TVS作為RS-485的防雷擊保護。
使用PPTC和TVS作為RS-485的防雷擊保護
當雷擊發(fā)生時,感應過電壓由A/B線引入,經(jīng)過PPTC,然后GDT作為初級共模防護,通常GDT可以承受10KA(8x20us)浪涌沖擊。之后殘壓已經(jīng)大大降低到1KV以下,然后TVS作為二級保護進行共模/差模保護,到收發(fā)器的電壓被鉗制在12V以下,同時,通過A/B線上的上拉電壓可以保證A/B線上的電壓保持在高電平。而實現(xiàn)對收發(fā)器的浪涌保護。通常,對于4KV以下過電壓,可以省去初級保護—--GDT。單用TVS就能實現(xiàn)浪涌保護的要求。當RS-485總線與電力線(例如220VAC)搭接短路時。A/B線上的PPTC可以提供短路保護。
  
但這種傳統(tǒng)方式有問題需要考慮:
  
1:GDT浪涌擊穿電壓較高,這就意味著后面的電阻值比較大。這可能會影響傳輸距離減少。2:TVS的漏電流較高,以SMBJ6.0CA來講大致在800uA左右。這樣會影響點對點通訊的可靠性。3:PPTC的響應速度較慢,因此在電力塔接時,可能會造成TVS被交流擊穿
  
TVS是半導體保護器件,具有響應速度快,可靠性高的優(yōu)點。但它是Clamping保護模式。其殘壓會比較高而我們的Sidactor作為半導體器件同樣具有響應速度快,可靠性高的優(yōu)點。但它是Crowbar保護模式。其導通以后保持電壓低,同時還具有抗浪涌能力強,耐搭接能力強特點。
  
因此,請看圖3,使用Sidactor的RS-485的保護方案。
Sidactor的RS-485的保護方案
當雷擊發(fā)生時,Sidacto P0080作為共模/差模防護,通常Sidactor可以承受800A(8x20us)浪涌沖擊。到收發(fā)器的電壓被保制在4V左右,當RS-485總線與電力線(例如220VAC)搭接短路時。A/B線上的PPTC可以提供短路保護。
 
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