RS485总线防雷保护方案
rs485作为最为最常用的电表通讯方式之一。日常生活中雷电和静电干扰已经成为485通信总线在实际工程经常遇到的问题。故如何对芯片以及总线进行有效的保护，是摆在每一个使用者面前的一个问题。在这里，我们主要讨论rs485在电表中的防雷保护及方案。
一.雷击过压防护的必要性
rs-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而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。
二.防雷保护器的基本要求
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，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，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。
三.rs485通讯保护方案
a.原理图
以上为rs485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，gdt做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过pptc限浪,tvs做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8v左右，从而实现对后端电路的保护。tvs2/3做共模保护，tvs1做差模保护。
b.保护等级
可通过iec61000-4-5,4级标准:
1.2/50us 4kv
10/700us 6kv
8/20us 2ka
c.器件选择
贴片(smd):
gdt: 3spc090f
pptc: msm020
tvs: smbj10ca
插件(dip):
gdt: c6m09r
pptc: k250-120u
tvs: p6ke12ca
d.器件选型说明
陶瓷放电管gdt: 直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。
自恢复保险丝pptc：pptc的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。ih保持电流应大于最大工作电流，it动作电流应小于线路的最大可承受电流。
瞬态抑制二极管tvs：通用信号传输线上tvs的击穿电压vbr应高于信号线上传输的信号电压,在此前提下, vbr应尽可能选得低一些,较低的vbr 可使后端通信芯片得到可靠保护,并且具有较大的通流容量。
e.残压波形
6kv 正向
6kv 正向
6kv 反向
6kv 反向
四.各种器件的选择依据
gdt的选择首先考虑其耐压耐流能力。如spa090f的gdt能承受8/20us，4kv雷击测试;spc和bxl系列gdt的可承受8/20us，8kv雷击测试;b8m09r系列gdt的能承受8/20us，20kv雷击测试等等。保险丝可选择限流效果最好的pptc自恢复保险丝， pptc则可采用0.3-6欧左右， 不动作电流为100~200ma,的自恢复保险丝。tvs1/2/3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。
五.过压防护标准的依据
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，表示波前时间即从30%峰值上升至90%峰值的时间为10us，下降至峰值的一半为700us即半峰值时间。
六.雷击过压防护的接地要求
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。
七.为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护
只采用一级防护，能承受大能量雷击的器件(如gdt)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，所以要承受大的雷击能量，因此必须两级防护。rs232，rs422的防护与rs485的防护方法完全相同。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。
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一.雷击过压防护的必要性
rs-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而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。
二.防雷保护器的基本要求
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，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，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。
三.rs485通讯保护方案
a.原理图
以上为rs485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，gdt做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过pptc限浪,tvs做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8v左右，从而实现对后端电路的保护。tvs2/3做共模保护，tvs1做差模保护。
b.保护等级
可通过iec61000-4-5,4级标准:
1.2/50us 4kv
10/700us 6kv
8/20us 2ka
c.器件选择
贴片(smd):
gdt: 3spc090f
pptc: msm020
tvs: smbj10ca
插件(dip):
gdt: c6m09r
pptc: k250-120u
tvs: p6ke12ca
d.器件选型说明
陶瓷放电管gdt: 直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。
自恢复保险丝pptc：pptc的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。ih保持电流应大于最大工作电流，it动作电流应小于线路的最大可承受电流。
瞬态抑制二极管tvs：通用信号传输线上tvs的击穿电压vbr应高于信号线上传输的信号电压,在此前提下, vbr应尽可能选得低一些,较低的vbr 可使后端通信芯片得到可靠保护,并且具有较大的通流容量。
e.残压波形
6kv 正向
6kv 正向
6kv 反向
6kv 反向
四.各种器件的选择依据
gdt的选择首先考虑其耐压耐流能力。如spa090f的gdt能承受8/20us，4kv雷击测试;spc和bxl系列gdt的可承受8/20us，8kv雷击测试;b8m09r系列gdt的能承受8/20us，20kv雷击测试等等。保险丝可选择限流效果最好的pptc自恢复保险丝， pptc则可采用0.3-6欧左右， 不动作电流为100~200ma,的自恢复保险丝。tvs1/2/3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。
五.过压防护标准的依据
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，表示波前时间即从30%峰值上升至90%峰值的时间为10us，下降至峰值的一半为700us即半峰值时间。
六.雷击过压防护的接地要求
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