rs485数据总线雷击过压防护

1．rs485总线的应用领域

工业控制，dcs，数据采集系统

高速公路收费系统

过程控制及制造

电力系统采集与控制系统

远程终端互连

2． 雷击过压防护的必要性

由于rs485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而rs485收发器工作电压较低（5v左右），其本身耐压也非常低（-7v~+12v），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。

3． 防护方法及原理

以上为rs485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由t与r端引入，g1.g2进行共模防护，g3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500v左右，在经过电阻r1r2限流，tvs1/2/3二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8v左右，从而实现对收发器的保护。

型 号（g1/g2/g3） 直流开启电压vs(100v/s) 绝缘电阻ir(dc100v) 静电电容（1khz） 通流能量（10/700us）

gs41-181n120v~240v ≥100mω ≤2pf 4kv/500a

4． 方案选择与对比

g1/g2/g3 r1/r2tvs1/2/3 比较

方案一 gs41-181n 10ω/1w p6ke6.8ca 体积小/防护中/成本低

方案二3r09010ω/1w p6ke6.8ca 体积大/防护高/成本高

方案三 p0640 10ω/1w p6ke6.8ca 体积小/防护低/成本中

5． 知识问答

问：各种器件的选择依据是什么？

答：g1g2g3的选择首先考虑其耐压耐流能力。如gs41-181n能承受10/700us，4kv雷击测试；90v陶瓷管（3r090）可承受10/700us，8kv雷击测试；64v固体管（p0640）只能承受10/700us，3kv雷击测试。r1r2可选择限流效果最好的高成本ptc电阻，也可以选择低成本线绕电阻。经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择10ω/1w，价格低廉，效果不错；ptc则可采用10欧左右，200~300ma,耐压600v的陶瓷或高分子热敏电阻。tvs1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。

问：过压防护标准的依据是什么？

答：iec61000-4-5，itu-t k20/k21及国标gb9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us,4kv。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰值为时间为10us，下降至峰值的一半为700us。

问：雷击过压防护的接地要求？

答：雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。

问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？

答：不行。能承受大能量雷击的器件（如rs485）不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。tvs虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，但是不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。

问：rs232，rs422的防护与rs485有何区别？

答：防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件tvs的电压参数应选择不同。如rs232最大工作电压为15v，则tvs选择为p6ke18ca（18v），rs422最大工作电压为12v，则tvs选择为p6ke15ca（15v）。