RS-485总线网络中的抗雷击技能

　　跟着数字通讯技能的开展和智能家电的遍及，一个体系往往由多个需求彼此通讯的终端组成。例如，楼宇安全监控体系，煤气表、水电表的主动抄表体系、超市的主动收费体系等都存在多站、远间隔通讯的问题。在要求通讯间隔为几十米到上千米时，因为RS-485总线仅需用一对双绞线即可完成多站联网构成分布式体系，且设备简略、价格低廉，故在工程项目中取得广泛的运用。

　　RS-485收发器选用平衡发送和差分接纳，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接纳端，接纳器将差分信号转换成TTL电平，因而具有按捺共模搅扰的才能，加上接纳器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，使传输信号能在千米以外得到康复。依据RS-485规范，RS-485收发器的最大传输速率为10Mbps，最大电缆长度为4000英尺，总线上能衔接32个收发器（Sipex公司的SP485R答应在一条总线上衔接400个收发器），广泛适用于远间隔、多站式、分时通讯体系。

　　在构成RS-485总线网时，选用双绞线作传输线，传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设,所以，在雷雨时节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变搅扰而损坏器材，再者因为RS-485的网络拓扑一般选用终端匹配的总线型结构，即一般选用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，因而，雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS-485收发器损坏，故防雷办法是RS-485技能实际运用中有必要考虑的问题，也是进步体系可靠性一个十分重要的办法。

　　RS-485接纳器差分输入端对“地”的共模电压答应-7～12V，超越此规模的过压瞬变就可能损坏器材，引起过压瞬变的来历一般是雷电、静电放电、电源体系开关搅扰等，例如人体触摸芯片的引脚而发生静电放电，其电压能够高达数十千伏，可使在工作中的器材发生闭锁而不能运转或使器材受损；而感应雷在RS-485传输线上引起的瞬变搅扰，其能量更可在瞬间焚毁联合传输线上的悉数器材！

　　现在市场上现已有一些RS485芯片，经过在内部集成TVS（TRANSIENTVOLTAGESUPPRESSOR,瞬变电压按捺二极管）的办法防过压瞬变。TVS的效果原理是当管子两头饱尝瞬态能量冲击时，能极快地将其两头的阻抗下降，经过将能量吸收掉从而把其两头间的电压箝制在其标称值上，维护后端的元件。受半导体工艺约束，集成到RS-485芯片上的TVS很难做到大功率，在雷击到来时，瞬态能量能够损坏内置的TVS；一起，瞬态电流发生的强磁场会使近间隔的其他电路上感应出高电压，即构成所谓的反击，形成电路损坏。RS485芯片上集成TVS的主要功用是为了消除静电（不少厂商的规范书上已有具体介绍），而无法防雷击浪涌。

　　通讯线路的雷击模仿测验，现遍及选用的是世界电联ITU-TK20（局端运用）和ITU-TK21（用户端运用）规范，测验办法为10/700uS;1KV和10/700uS;4KV，正反向各打5次。现有用户在测验时运用世界电工IEC61000-4-5LEVEL4的1.2/50;2KV规范，该测验办法一般用来查核电源类端口，但彻底不适用于通讯线路的雷击模仿测验规范。实验证明，能经过该条件的内置了TVS的RS485芯片在运用10/700uS;1KV条件进行测验时，第一次模仿雷击后就现已失效！GB3482-83《电子设备雷击实验办法》和GB3483-83《电子设备雷击实验导则》中均有相应的规则，对RS485通讯接口而言，应按与电缆相连的电子设备来考虑，应该选用10/700uS;4KV规范来履行雷击模仿测验。

　　关于通讯线路的来说，合理防护的根底是正确选用器材。传统的气体或陶瓷放电管尽管耐流量大，可是其反响速度慢，箝位电压高（约为800V左右）。而压敏电阻的吸收功用较差，寄生电容大，且低电压的压敏电阻漏流大，也不适宜用于RS485接口维护。半导体类的防雷过压器材（Sidactor和TVS）尽管反响速度极快，但如前所述其耐受能量缺乏，难以独立承当整个线路的维护。现在，槟城电子的TED-485半导体类气体防雷管具有反响速度快，寄生电容小（<1pF），浪涌耐量大（>300A@10/700uS）等特性，特别适宜用于RS485接口的初级防护。

　　咱们的主张是运用TED-485防雷管为根底，构建初级和次级的两级防雷电路，能够完成对RS485接口的全体防雷击和过压维护。
　　图中Q1/Q2/Q3为TED-485防雷管，别离供给线线间和线地间的防雷击过压维护，TED-485防雷管的快速反响特性使雷击过电压被敏捷泄放，而浪涌吸收能量大的特功用够确保泄放过程中防雷管本身不被损坏。泄放过程中发生的瞬态大电流会在电路中感应出一个尖峰电压，此电压幅值随电路和器材挑选而有所不同，约在数十付到数百伏之间，宽度在数十纳秒到数百纳秒，因为脉宽窄，所以能量不大。次级维护运用的是TVS管，其效果便是将以上所述的尖峰电压吸收掉，可靠地箝位在安全电压规模内。图中的R1/R2能够选用小型线绕电阻或小型有机实心电阻，它能够接受很大的瞬态功率，其效果是为电路供给阻隔。

　　能够看到，10/700uS;4KV的雷击模仿信号经过维护电路后电压增量为8V，现已被约束在12V、-7V的RS485可接受的安全规模内。
以上电路一起具有了±8KV空气静电放电和±4KV触摸静电放电防护；在快速脉冲群（EFT）的防护方面，信号线端现已过1KV的测验，另外在没有加电源维护的情况下现已过2KV的电源端测验。假如将电路中的R1/R2换成耐压和阻值适宜的PTC，则可具过流维护功用。至此，该电路在防雷击过压的根底上构成了对RS485的全体防护。

　　该雷击维护电路构成简洁，可添加到用户新规划电路中或运用独立模块，现现已过威望检测部分查验，且已成功运用于长途主动抄表等需求运用RS485的体系中。