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PTC在RS485通訊端口中的防雷保護方案

發(fā)布時間:2020-08-13瀏覽次數(shù):927
一、基本背景介紹
 
      RS485作為目前行業(yè)內(nèi)最為最常用的串行差分通訊方式之一,采用平衡發(fā)送,差分接收的方式,因此具有抑制共模干擾的能力,由于其具有通訊距離長(1200m以上),傳輸速率高(10Mbps),高的信噪比,控制方便,成本低,可以在一個單獨的總線上實現(xiàn)多節(jié)點以及能夠使用的收發(fā)器品種多等優(yōu)點,已經(jīng)越來越得到用戶的肯定。
 
      但是伴隨著使用頻率的增高,其遇到的問題也日益增加。由于RS485通訊傳輸線通常暴露于戶外,日常生活中雷電和靜電干擾已經(jīng)成為RS485通信總線在實際工程經(jīng)常遇到的問題,RS485收發(fā)器的工作電壓較低,只有5V,元器件本身的耐壓也較低,通常只有-7V~+12V,因此雷電等引入的過電壓通常能夠瞬間損壞RS485收發(fā)器,對通信系統(tǒng)造成遭到嚴重的毀壞;此外,靜電電磁干擾也嚴重地影響通信總線的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。
 
      故如何對RS485芯片以及傳輸總線進行有效的保護,是擺在每一個使用者面前的一個問題。在這里,我們將針對RS485通訊中的防雷保護及方案、元器件選型等做一個比較詳細的討論。
 
      二、RS485通訊保護方案(相關閱讀:高分子PTC熱敏電阻的存貯期多長?)
 
      A.原理圖
 
保險絲
 
      RS485防雷保護設計圖
 
      以上為RS485總線的兩級防護原理圖。當雷擊發(fā)生時,感應過電壓通過傳輸線由左端引入,G1~G3組成的GDT做一級防護,此時過電壓被大大削弱到數(shù)百伏左右,整個回路由于GDT的導通呈現(xiàn)較大的電流,導致PPTC立刻動作,將整個回路的電流限制在允許的范圍以內(nèi);TVS1~TVS2做為二次限壓,使到后端電路的電壓被箝制在8V左右,從而實現(xiàn)對后端電路的保護。
 
      B.保護等級
 
      可通過IEC61000-4-5,4級標準:
      1.2/50us 4KV
      10/700us 6KV
      8/20us 2KA
 
      C.器件選擇
      GDT: ××××
      PPTC:  ××××
      TVS: ××××
 
      D.器件選型說明
 
      氣體放電管GDT: 直流擊穿電壓大于線路中的正常工作電壓,放電管允許的通過電流超過或等于設計通過的最大電流即可。(推薦閱讀:是否可以申請免費樣品
 
      自恢復保險絲PPTC:PPTC的最大額定工作電壓應大于電路正常最大工作電壓。Ih保持電流應大于最大工作電流,It動作電流應小于線路的最大可承受電流。
 
      瞬態(tài)抑制二極管TVS:通用信號傳輸線上TVS的擊穿電壓VBR應高于信號線上傳輸?shù)男盘栯妷?在此前提下, VBR應盡可能選得低一些,較低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保護,并且具有較大的通流容量。
 
      四、各種器件的選擇依據(jù)
 
      GDT的選擇首先考慮其耐壓耐流能力。TVS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
 
      保險絲可選擇限流效果最好的PPTC,即:可恢復保險絲,可采用出廠阻值1.35~6.5歐姆左右,不動作電流為100~200mA的可恢復保險絲,PPTC由于其特殊的工藝,決定其在回路流過正常的工作電流時,其呈現(xiàn)很低的阻值,可以視為一顆導線。
 
      當回路流過的電流達到正常工作電流的2倍會以上時,其內(nèi)部集聚的熱量導致阻值將迅速跳變呈現(xiàn)數(shù)十K歐姆或更大的阻值,進而限制了整個回路的電流在一個極其小的范圍內(nèi),從而實現(xiàn)了對負載的有效保護,當斷開電源,PPTC的因為過流而產(chǎn)生熱量散發(fā)后,又會在大約1分鐘左右自動恢復到出廠的低阻值。(推薦閱讀:自恢復保險絲在禁止吸煙器中的保護應用
 
      五、過壓防護標準的依據(jù)
 
      IEC61000-4-5,ITU-TK20/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10/700us,4KV。


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