RS485防雷

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，因此极易因为雷击感应等原因引入过电压。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，极易击穿损坏。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，Q2进行共模防护，Q1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(或PTC)限流，TVS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。

常用保护器件如下：

型号（Q1/Q2）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）

GS41-141N 98V~182V ≥100MΩ≤2PF

4KV/500A LC3R90W 72V~108V

≥1000MΩ≤2PF

10KV/500A 4．方案选择与对比

Q1/Q2

R1/R2 TVS1/2 比较方案一 GS41-141N JK250-120U P6KE6.8CA体积小/防护中/成本低

方案二 GS41-401M JK250-120U P6KE6.8CA与方案一同，可防220V

交流搭接

方案三 LCR800W JK600-100U P6KE6.8CA防护高/成本高，可防

380V交流搭接

5．知识问答

问：各种器件的选择依据是什么？

答：Q1Q2的选择首先考虑其耐压耐流能力：如GS41-141N能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（LC3R90W）可承受10/700us，8KV 雷击测试；PTC可选择带限流最好的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PTC电阻选择JK250U-120U，性价比最高； TVS选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片实际最高工作电压。可在6.8~10V之间选择。

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4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。但实际应用中，很多产品受条件限制，不具备良好的接地条件，可采用以下方式：次级TVS管与信号地相接，主级放电管于金属外壳相接，有条件再接上大地。

问：如何防交流搭接？

很多的测试标准都需要对通信回路进行防交流搭接测试，一般主要防220V 交流搭接（方案二）。但目前国内关于电力系统设备的RS485通讯（如智能电表），则提出了380V交流搭接测试要求，我司的方案三则专门针对该要求设计．

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GS41-141N）不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平（15V以内）。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，因此建议两级防护。

问：RS232，RS422的防护与RS485有何区别？

答：防护原理完全相同。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）。

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