RS - 485 通信总线防雷保护设计

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  张生滨
【摘　要】　介绍一种RS - 485 通信总线防感应雷装置的设计及其原理。
【关键词】　RS - 485 通信　雷电
0 　引言
随着RS - 485 通信总线技术被广泛的应用,雷电和干扰已经成为RS - 485 通信总线在实际工程经常遇到的问题。雷电能够使RS - 485 通信总线构成的系统遭到严重的毁坏,电磁干扰也严重地影响RS- 485 通信总线的数据传输质量。为此设计一种能够防感应雷和抗干扰的RS - 485 通信总线防雷保护器。
1 　电路原理
1. 1 　防雷保护器的基本要求
(1) 在正常运行时,雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输,雷电保护器的对地阻抗应非常大,串连在电路中的阻抗应非常小。(2) 在雷电袭击通信总线时,雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用,其钳位电压应低于RS - 485 芯片的耐受电压水平。(3) 在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损。(4) 雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。
1. 2 　工作原理
防雷保护器的电路接线如图1 所示,它是由气体放电管G、TVS(瞬态电压抑制) 二极管D1、D2 以及电阻R 和电感L 组成。这是一个两级保护电路,第一级保护元件为放电管G,用于泄放雷电产生的大电流,将大部分雷电能量加以旁路吸收。第二级保护元件为TVS 二极管D1、D2 ,用于实施对经第一级抑制后的剩余过电压进行钳位,将其限制到RS -485 芯片可以耐受的电压水平,介于第一级与第二级保护元件之间的电阻R 和电感L 是用于协调这两级保护元件在动作特性上的配合。
1. 3 　元件的选择
1. 3. 1 　放电管G
放电管的直流放电电压Uf 应高于信号线上传输的最高信号电压,放电管的响应速度是选择放电管的另一个指标。在正常传输电压低于10V 的信号线保护中,Uf 为50V - 100V 的放电管,它能泄放5kA～10kA 的浪涌电流。

                               
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1. 3. 2 　TVS 二极管D1、D2、D3TVS 二级管的击穿电压UZ 应高于信号线上传输的信号电压,在此前提下,Uz 应尽可能选得低一
些,较低的Uz 可使RS - 485 通信芯片得到可靠保护,并且具有较大的通流容量, D1、D2、D3 的Uz 应选择一致,其值一般可按以下公式选择Uz = (1. 25～1. 4) Um上式中的Um 为正常信号电压幅值。
1. 3. 3 　电阻R 和电感L
电阻R 接于第一和第二级保护元件之间,起着限制TVS 二极管中电流的作用,R 的最小值可按下式选取(R)min = (Us - Uc) / Is上式中Us 为放电管安装点预计冲击过电压峰值, Is 为在冲击过电压作用下二极管中的冲击电流峰值,Uc 为二极管的钳位电压。电感L 起改善放电管动作特性的作用,可以提高放电管响应速度,L 的选值一般为30μH 左右。电阻R 采用正温度系数电阻器(PTC) ,提高大电流的阻断特性。
2 　结束语
这种RS - 485 通信总线防雷保护器结构简单,成本低廉,易于安装,能有效地防止感应雷电和较大的电磁干扰从信号线侵入由RS - 485 通信总线构成的数字通信系统。
作　者　简　介
张生滨:哈尔滨新中新电子股份有限公司,工程师。邮编:150086