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RS485数据接口雷击过电压防护

一、应用背景

在当今信息通讯高速发展的阶段,自动化监控、安全防护、门禁考勤及工业自动化系统得到迅速普及和应用。在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中,RS-485系统总线因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点,广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。

在某些工业控制领域,由于现场情况十分复杂,各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力,但由于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。当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于-7V时,接收器就再也无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。

二、RS485 接口介绍:
RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信,其接口详细的电气参数如下:
接口定义AB
工作电压:-7V12V
信号速率:10Mb/s
接口电缆:双绞屏蔽电缆
走线方式:根据实际的情况进行走线,最大长度1000m

三、RS485接口防雷击过电压方案:

如图,该电路采用了两级防护,

  1. G1G2 为新宝5注册,主要用来泄放共模浪涌能量,新宝5注册击穿电压90V,通流量10kA

  2. D1D2D3为半导体放电管D1D2用来泄放共模浪涌能量,D3用来泄放差模浪涌能量;

  3. R1R2 选用10Ω1/2W的电阻,因半导体放电管启动电压要低于新宝5注册,为保证新宝5注册能顺利的导通,泄放大能量必须增加此电阻(R1R2)进行分压,确保大部分能量通过新宝5注册泄放,而半导体放电管作第二级精细防护;

  4. C1C2 电容,给干扰提供低阻抗的回流路径,能有效减小对外的共模干扰电流,同时对外界干扰能适当的滤波;此电容容值可以根据实际的情况进行调整,从22pF1000pF,典型值为100pF

  5. 共模电感能够对衰减共模干扰,对单板内部的干扰以及外部的干扰都能抑制,能提高接口的抗干扰能力,同时也能减小通过信号电缆对外的辐射。