RS485(RS232、RS422)数据总线雷击过压防护

瞬雷电子应用方案
RS485（RS232、RS422）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），其本身耐压非常低（-7~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏芯片。

还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，G2与G3进行共模防护，G1进行差模防护，此时过电压被大大削弱到约500V 左右，在经过电阻R1、R2限浪，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被箝制在6.8V左右，从而实现对收器的保护。

4、方案选择与对比
5、知识问答
问：各种器件的选择依据是什么？
G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流的能力。

如SPGM301M能承受10/700μS，4KV雷击测试；90V陶瓷放电管（C8M09R）可承受10/700μS, 8KV雷击测试；R1R2可选择限流效果最好的高成PPTC，他既可以是一个限流电阻，也可以当一个保险丝使用。

当然这里也可以选择线绕电阻，经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择为10Ω/1W,价格低廉，效果不错；PTC则可以采用10Ω左右，100~200MA，耐压250V以上的自恢复保险丝。

TVS1/2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，可以6.8V-10V之间选择。

问：过压防护标准的依据是什么？
IEC6100-4-5，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10/700μS,4KV。

10/700μS为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰为时间为10μs , 下降至峰值的一半为700μS。

问：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。

一般防雷地都必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削弱防护效果。

问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？
不好，能承受大能量雷击的器件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在承受的水平，但是不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。

视频保护神—S.E.T 型半导体放电管
SPE06RA/SPE06SB/SPE06SC
随着视频监控设备的广泛应用，远程传送的需求也越来越大，走线距离越来越长，遭受雷电感应的几率很大。

由于视频口的传输速率在 6M8M，常规的 TVS 寄生电容较大，会影响信号传输，小寄生电容的 TVS，即 ESD 又达不到浪涌防护的等级，所以瞬雷电子推出了既能满足信号传输，又能达到雷击
10/700mS 40ohm 6KV 等级和静电接触放电 8KV,空气放电 15KV 等级的
S.E.T 型半导体放电管，见下表。

一、视频端口典型应用电路
二、技术参数
SPE06** 系列 S.E.T 半导体放电管是瞬雷专门为视频监控防护开发的一款超快反应速度即低残压的产品，随着后级芯片集成化的程度越来越高，线径越来越细，其对防护器件反应速度的要求也越来越高，瞬雷电子针对这种情况，开发出了这款超快反应速度的 ESD 型半导体放电管。

三、超快反应速度
传统半导体放电管因为其设计结构及击穿机理的原因，导致其反应速度相对较慢，残压较高，虽然可以做到很高的耐雷击浪涌能力，但一直无法很好的应用在次级防护及静电防护方面。

而瞬雷电子推出的S.E.T 型半导体放电管，则采用了独有的结构设计，大大提高了其从开始击穿到完全导通的时间，从而大幅度的提高了放电管的反应速度，降低了残压。

下图是这款产品在 DVR 中的实际残压图
四、雷击浪涌和静电双防护
传统的 P0080 系列虽然雷击能力可以做到 4KV 以上的水平，但却不能及时的对静电作出反应，因而如果客户做静电保护的话需在后端多加小功率的TVS 管，（TVS 的响应时间要比传统的 P0080 快得多），而瞬雷电子推出的 S.E.T 型半导体放电管SPE06**，不但响应时间快，能及时响应雷击浪涌，更能有效的响应反应时间更短，更快的静电，再则瞬雷电子推出的S.E.T 型半导体放电管SPE06** 比起传统的 P0080 系列放电管，其残压可以做的更低，更有效的保护了后端设备不被损坏。

视频接口保护方案
图一
图二
图一:为一种环境比较差的环境使用的一种保护方案.可以通过很大的浪涌,快速脉冲群,静电三重保护.并采用了超低电容的保护TVS作为二级保护,可以适用高频传输的场合.GDT: SPA090FPPTC: MSM020TVS:PSOT05LC或SPSLC05
图二:为一般的保护方案,只对快速脉冲群和静电的保护.对于强浪涌没有很好的保护作用.TVS:PSOT05LC,SPSLC05,SRV05-4(4路保护)
RJ45接口保护
RJ45方案1 RJ45方案2
RJ45方案3
本方案可以使用在1000M的RJ45接口中使用器件直插和贴片的:GDT: C6M09R或3SPC090FPPTC: K250-120U或MSM020ESD: SLVU2.8-4或SRV05-4
可能过8/20微秒10KA的大通浪能力,符合国家标准.。