那么，您如何確信您的RS-485收發(fā)器能夠應對高電壓浪涌事件？

 

為幫助工程師確定系統的浪涌保護等級，國際電工委員會(huì )設立了IEC 61000-4-5浪涌標準。IEC 61000-4-5標準對戶(hù)外通信應用至關(guān)重要，如遠端射頻單元、空調單元和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）監控攝像頭。

 

為確保您的系統能夠應對各種突發(fā)的自然狀況，您需要認真了解這一標準。本文重點(diǎn)介紹了防止系統免遭戶(hù)外浪涌因素影響的多種保護方法，同時(shí)還說(shuō)明了如何優(yōu)化設計，實(shí)現節省空間、減少組件的效果。

 

在運行中實(shí)現浪涌保護

 

觀(guān)看視頻“RS-485通信的集成浪涌保護”，了解TI RS-485收發(fā)器如何幫助設計人員在惡劣環(huán)境中運行，同時(shí)消除外部系統保護組件。

 

什么是IEC 61000-4-5浪涌抗擾度標準？

 

IEC 61000-4-5浪涌標準是RS-485收發(fā)器必須通過(guò)的一項嚴苛測試；測試會(huì )模擬一次雷擊或工業(yè)浪涌。圖1對比了RS-485收發(fā)器需要執行的三種常規測試。相比4kV的電快速瞬變脈沖群（EFT）（紫線(xiàn)）和10kV的靜電釋放（ESD）（藍線(xiàn)）測試，0.5kV的浪涌（紅線(xiàn)）的持續時(shí)間更長(cháng)、能量更高（原因是電源阻抗較低）。

 

圖1：與EFT和ESD測試對比的浪涌測試 

 

對受到戶(hù)外因素影響的系統來(lái)說(shuō)，浪涌抗擾是一種常見(jiàn)的強制性要求。IEC浪涌測試模擬電流涌入收發(fā)器，并且有不同的IEC標準分類(lèi)等級（詳見(jiàn)表1）。系統級設計通常需滿(mǎn)足二級（1kV測試）或三級（2kV測試）要求。

 

表1：IEC 61000-4-5浪涌類(lèi)別

 

保護系統免受浪涌事件影響的方法有以下兩種：（1）復雜的離散式解決方案：使用RS-485收發(fā)器和一些外部保護組件，或（2）使用集成了浪涌保護功能的RS-485收發(fā)器。我們先看離散式方案的要求，然后再看TI最新的RS-485收發(fā)器——THVD1429（以及低速版THVD1419）如何簡(jiǎn)化解決方案。

 

離散式浪涌保護

 

瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管、互補金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和氣體放電管等保護裝置常裝在收發(fā)器外部，目的是限制電壓、吸收浪涌電流。圖2所示為采用標準SN65HVD3082ERS-485收發(fā)器的RS-485 IEC ESD、EFT和浪涌保護參考設計，以及提供浪涌保護的其它外部組件。

 

圖2：采用離散式解決方案保護RS-485收發(fā)器，最多需要7個(gè)額外組件

 

采用這種方案，頭號難題就是使用額外組件進(jìn)行設計。第二個(gè)難題是，滿(mǎn)足浪涌標準的保護裝置很少——因此，組件的選擇勢必困難重重，而且價(jià)格昂貴。

 

通過(guò)使用MOV（圖中第6、7）將電流導至地面，圖2的設置就能實(shí)現浪涌保護。瞬態(tài)阻斷單元（TBU）（圖中第4、5）可限制電流進(jìn)入收發(fā)器。通過(guò)前面兩個(gè)階段的電流，還會(huì )受到TVS二極管（圖中第3）、限流電阻（R）（圖中第1、2）的進(jìn)一步限制。圖2所示的這4級保護，需要在電路板上安裝共計7個(gè)額外組件。這會(huì )帶來(lái)更多麻煩，如設計和組件選擇的復雜度更高、所需的電路板空間更大、材料清單上的組件更多。

 

集成浪涌保護功能，降低設計復雜度

 

相比復雜、昂貴、占空間的設計以及多種外部保護組件，THVD1429可助您簡(jiǎn)化系統。THVD1429是一款強大的RS-485收發(fā)器，集成了TVS保護，能承受2.5kV的浪涌。這款收發(fā)器無(wú)需外部保護組件，滿(mǎn)足IEC 61000-4-5的三級（2kV）標準。

 

圖3中所示的RS-485收發(fā)器的系統級設計，不同于圖2的離散式方案，這里采用的是集成式解決方案。這套解決方案不但省去了幾個(gè)外部保護組件，而且THVD1429符合行業(yè)標準的8引腳小型集成電路（SOIC-8）封裝還能快速、便捷地評估和升級當前的收發(fā)器。

 

圖3：采用THVD1429或THVD1419的集成解決方案（2.5kV浪涌保護）

 

除2.5kV的集成浪涌保護外，RS-485收發(fā)器系列還有多款其他常見(jiàn)類(lèi)型的保護器，包括8kV的接觸放電ESD（IEC 61000-4-2）、4kV的EFT(IEC 61000-4-4)和16kV的人體模型ESD。這些收發(fā)器的片上保護功能大幅提升了設備和終端裝置的穩定性。所以，無(wú)論您的目標是簡(jiǎn)化設計、還是節省時(shí)間、節約電路板空間，亦或是減少材料、提升浪涌保護評級，THVD1429 RS-485接收器系列都能讓您的設計完美應對戶(hù)外挑戰。

 

其他資源

 

●   如需瀏覽THVD1429在多種數據速率和距離下的詳細實(shí)驗室數據和抖動(dòng)測量結果，請參閱應用說(shuō)明：“RS-485收發(fā)器的信號完整性與數據速率和電纜長(cháng)度。”

●   如需了解EFT等其他類(lèi)型的保護裝置，請參閱德州儀器在線(xiàn)支持社區博客系列：“什么是EFT？”

●   使用TI的“RS-485半雙工評估模塊用戶(hù)指南”評估THVD1429或其他TI RS-485收發(fā)器。

 

 

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