PTC在RS485通訊端口中的防雷保護方案

發(fā)布時(shí)間：2020-08-13瀏覽次數：991

一、基本背景介紹

RS485作為目前行業(yè)內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(cháng)（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(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)越得到用戶(hù)的肯定。

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。由于RS485通訊傳輸線(xiàn)通常暴露于戶(hù)外，日常生活中雷電和靜電干擾已經(jīng)成為RS485通信總線(xiàn)在實(shí)際工程經(jīng)常遇到的問(wèn)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(guò)電壓通常能夠瞬間損壞RS485收發(fā)器，對通信系統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(xiàn)的數據傳輸質(zhì)量。

故如何對RS485芯片以及傳輸總線(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，我們將針對RS485通訊中的防雷保護及方案、元器件選型等做一個(gè)比較詳細的討論。

二、RS485通訊保護方案（相關(guān)閱讀：高分子PTC熱敏電阻的存貯期多長(cháng)？）

A.原理圖

RS485防雷保護設計圖

以上為RS485總線(xiàn)的兩級防護原理圖。當雷擊發(fā)生時(shí)，感應過(guò)電壓通過(guò)傳輸線(xiàn)由左端引入，G1~G3組成的GDT做一級防護，此時(shí)過(guò)電壓被大大削弱到數百伏左右，整個(gè)回路由于GDT的導通呈現較大的電流，導致PPTC立刻動(dòng)作，將整個(gè)回路的電流限制在允許的范圍以?xún)?；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(shí)現對后端電路的保護。

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

GDT: ××××

PPTC: ××××

TVS: ××××

D.器件選型說(shuō)明

氣體放電管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。（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(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。

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。TVS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。

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(chǎng)阻值1.35~6.5歐姆左右，不動(dòng)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(guò)正常的工作電流時(shí)，其呈現很低的阻值，可以視為一顆導線(xiàn)。

當回路流過(guò)的電流達到正常工作電流的2倍會(huì )以上時(shí)，其內部集聚的熱量導致阻值將迅速跳變呈現數十K歐姆或更大的阻值，進(jìn)而限制了整個(gè)回路的電流在一個(gè)極其小的范圍內，從而實(shí)現了對負載的有效保護，當斷開(kāi)電源，PPTC的因為過(guò)流而產(chǎn)生熱量散發(fā)后，又會(huì )在大約1分鐘左右自動(dòng)恢復到出廠(chǎng)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(guò)壓防護標準的依據

IEC61000-4-5，ITU-TK20/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。