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 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。

4、方案选择与对比

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 10 Ω /1W ，价格低廉，效果不错； PTC 则可采用 10 欧左右， 100~200mA, 耐压 250V 以上的陶瓷或高分子热敏电阻。 TVS1/2 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。可在 6.8~10V 之间选择。

注： GSMD181N 为贴片， P6KE6.8CA 对应贴片型号为 SMBJ6.0CA 。

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：不好。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 ）。