中心議題：
- 防雷保護器的基本要求
- 器件選型說(shuō)明
- 各種器件的選擇依據
- 過(guò)壓防護標準的依據
- 雷擊過(guò)壓防護的接地要求
雷電和靜電干擾已經(jīng)成為485通信總線(xiàn)在實(shí)際工程經(jīng)常遇到的問(wèn)題，常使通信總線(xiàn)系統遭到毀壞, 數據傳輸質(zhì)量受到影響。閱讀本文，高級工程師教你如何從防雷保護器基本要求、器件選型、器件選擇依據、過(guò)壓防護標準依據、雷擊過(guò)壓防護等方面，做好485在電表中的防雷保護。
RS485作為最為最常用的電表通訊方式之一，其具有的噪聲抑制性能高、信令速率高、可以在一個(gè)單獨的總線(xiàn)上實(shí)現多節點(diǎn)以及能夠使用的收發(fā)器品種多等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越得到使用與肯定。但是伴隨著(zhù)使用頻率的增高，其遇到的問(wèn)題也日益增加。例如，日常生活中雷電和靜電干擾已經(jīng)成為485通信總線(xiàn)在實(shí)際工程經(jīng)常遇到的問(wèn)題。雷電能夠使各種通信總線(xiàn)構成的系統遭到嚴重的毀壞, 靜電電磁干擾也嚴重地影響通信總線(xiàn)的數據傳輸質(zhì)量。故如何對芯片以及總線(xiàn)進(jìn)行有效的保護，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。在這里，我們主要討論485在電表中的防雷保護及方案。
一.雷擊過(guò)壓防護的必要性
RS-485接口帶電拔插和抖動(dòng)都會(huì )引起電壓的劇烈變化，都會(huì )使芯片損壞，而RS485總線(xiàn)實(shí)行長(cháng)距離傳輸(1200米以上)，而且其傳輸線(xiàn)通常暴露于戶(hù)外，因此極易因為雷擊等原因引入過(guò)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(guò)壓引入，就會(huì )擊穿損壞。在有強烈的浪涌能量出現時(shí)，甚至可以看到收發(fā)器爆裂，線(xiàn)路板焦糊的現象。
二.防雷保護器的基本要求
在正常運行時(shí),雷電保護器的接入應不影響信號的正常傳輸,雷電保護器的對地阻抗應非常大,串連在電路中的阻抗應非常小，在雷電襲擊通信總線(xiàn)時(shí),雷電保護器應發(fā)揮良好的電壓鉗位作用，其鉗位電壓應低于后端控制芯片或其它電器件的耐受電壓水平。在抑制雷電襲擊過(guò)程中,雷電保護器自身應完好無(wú)損，雷電保護器對雷電襲擊應具有足夠快的響應速度。
三.RS485通訊保護方案
a.原理圖
以上為RS485總線(xiàn)的兩級防護電路圖。當雷擊發(fā)生時(shí)，感應過(guò)電壓由兩端引入，GDT做一級防護，此時(shí)過(guò)電壓被大大削弱到數百伏左右，再經(jīng)過(guò)PPTC限浪,TVS做二次限壓，使到后端電路的電壓被箝制在8V左右，從而實(shí)現對后端電路的保護。TVS2/3做共模保護，TVS1做差模保護。
b.保護等級
可通過(guò)IEC61000-4-5,4級標準:
1.2/50us 4KV
10/700us 6KV
8/20us 2KA
C.器件選擇
貼片（SMD）:
GDT: 3SPC090F
PPTC: MSM020
TVS: SMBJ10CA
插件（DIP）:
GDT: C6M09R
PPTC: K250-120U
TVS: P6KE12CA
d.器件選型說(shuō)明
陶瓷放電管GDT: 直流擊穿電壓大于線(xiàn)路中的正常工作電壓，放電管允許的通過(guò)電流超過(guò)或等于設計通過(guò)的最大電流即可。
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(dòng)作電流應小于線(xiàn)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(xiàn)上TVS的擊穿電壓VBR應高于信號線(xiàn)上傳輸的信號電壓,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。
[page]
e.殘壓波形
6KV 正向
6KV 正向
6KV 反向
6KV 反向
四.各種器件的選擇依據
GDT的選擇首先考慮其耐壓耐流能力。如SPA090F的GDT能承受8/20us，4KV雷擊測試；SPC和BXL系列GDT的可承受8/20us，8KV雷擊測試；B8M09R系列GDT的能承受8/20us，20KV雷擊測試等等。保險絲可選擇限流效果最好的PPTC自恢復保險絲， PPTC則可采用0.3-6歐左右， 不動(dòng)作電流為100~200mA,的自恢復保險絲。TVS1/2/3選擇根據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。
五.過(guò)壓防護標準的依據
IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及國標GB9043均有關(guān)于雷擊浪涌抗擾度測試標準。其通信線(xiàn)路的最高測試標準為10/700us,4KV。10/700us為通信線(xiàn)路中感應出的雷電壓波形，表示波前時(shí)間即從30%峰值上升至90%峰值的時(shí)間為10us，下降至峰值的一半為700us即半峰值時(shí)間。
六.雷擊過(guò)壓防護的接地要求
雷擊浪涌防護除了需要選擇優(yōu)質(zhì)的防護器件，進(jìn)行良好的電路板設計，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都要可靠的連接至大地，且接地電阻不能超過(guò)10歐?？煽康慕拥乜梢源蟠筇岣叻雷o效果，而不良的接地也會(huì )大大消弱防護效果。
七.為了降低成本及體積，可不可以只采用一級防護
只采用一級防護，能承受大能量雷擊的器件（如GDT）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，所以要承受大的雷擊能量，因此必須兩級防護。RS232，RS422的防護與RS485的防護方法完全相同。只是根據其工作電壓的不同，精細保護器件TVS的電壓參數應選擇不同。 瞬雷電子在上海，深圳，北京擁有三個(gè)客戶(hù)應用級的測試實(shí)驗室，可以免費為客戶(hù)解決從前期的產(chǎn)品方案測試，方案改進(jìn)，方案再次驗證所有能力，并配備專(zhuān)業(yè)的工程師為你提供專(zhuān)業(yè)的指導和技術(shù)支援。
