RS-485总线网络中的抗雷击技术
RS-485收发器采用平衡发送和差分接收,即在发送端,驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;在接收端,接收器将差分信号转换成TTL电平,因此具有抑制共模干扰的能力,加上接收器具有高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,使传输信号能在千米以外得到恢复。根据RS-485标准,RS-485收发器的最大传输速率为10Mbps
在构成RS-485总线网时,采用双绞线作传输线,传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设,所以,在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变干扰而损坏器件,再者由于RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,即通常采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络,因此,雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS-485收发器损坏,故防雷措施是RS-485技术实际使用中必须考虑的问题,也是提高系统可靠性一个十分重要的措施。
RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许-7~
目前市场上已经有一些RS485芯片,通过在内部集成TVS(TRANSIENT
通讯线路的雷击模拟测试,现普遍采用的是国际电联ITU-T
对于通讯线路的来说,合理防护的基础是正确选用器件。传统的气体或陶瓷放电管虽然耐流量大,但是其反应速度慢,箝位电压高(约为800V左右)。而压敏电阻的吸收性能较差,寄生电容大,且低电压的压敏电阻漏流大,也不适合用于RS485接口保护。半导体类的防雷过压器件(Sidactor和TVS)虽然反应速度极快,但如前所述其耐受能量不足,难以独立承担整个线路的保护。目前,槟城电子的TED-485半导体类气体防雷管具有反应速度快,寄生电容小(<1pF),浪涌耐量大(>300A@10/700uS)等特性,特别适合用于RS485接口的初级防护。
我们的建议是使用TED-485防雷管为基础,构建初级和次级的两级防雷电路,可以实现对RS485接口的整体防雷击和过压保护。
图中Q1/Q2/Q3为TED-485防雷管,分别提供线线间和线地间的防雷击过压保护,TED-485防雷管的快速反应特性使雷击过电压被迅速泄放,而浪涌吸收能量大的特性可以保证泄放过程中防雷管自身不被损坏。泄放过程中产生的瞬态大电流会在电路中感应出一个尖峰电压,此电压幅值随电路和器件选择而有所不同,约在数十付到数百伏之间,宽度在数十纳秒到数百纳秒,由于脉宽窄,所以能量不大。次级保护使用的是TVS管,其作用就是将以上所述的尖峰电压吸收掉,可靠地箝位在安全电压范围内。图中的R1/R2可以选用小型线绕电阻或小型有机实心电阻,它可以承受很大的瞬态功率,其作用是为电路提供隔离。
可以看到,10/700uS;4KV的雷击模拟信号经过保护电路后电压增量为8V,已经被限制在
以上电路同时具有了±8KV空气静电放电和±4KV接触静电放电防护;在快速脉冲群(EFT)的防护方面,信号线端已通过1KV的测试,另外在没有加电源保护的情况下已通过2KV的电源端测试。如果将电路中的R1/R2换成耐压和阻值合适的PTC,则可具过流保护功能。至此,该电路在防雷击过压的基础上形成了对RS485的整体防护。
该雷击保护电路构成简便,可添加到用户新设计电路中或使用独立模块,已经通过权威检测部门检验,且已成功应用于远程自动抄表等需要使用RS485的系统中。
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