RS-485串口通信在天线控制中防雷击的隔离使用
RS—485串口通信防雷技术应用
RS—485串口通信防雷技术应用由于计算机技术、通讯技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，电力系统通信正在发生深刻的变化，传统的集中、低速、专用封闭式的运动系统已向开放、高速、综合的网络花方向发展，通过局域网互联和广域网互联，实现系统信息资源的共享利用，在采用双绞线作传输线构成RS-485总线网络中，常因雷电瞬变干扰而损坏器件，基于此点，结合变电站综合自动化系统RS-485数据通信防雷薄弱的现状，利用最新的数据通信防雷技术提出对变电站综合自动化系统数据通信实行整体的安全防护。
标签：网络技术；双绞线；瞬变；安全防护0 引言由于计算机技术、通讯技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，电力系统通信正在发生深刻的变化，传统的集中、低速、专用封闭式的运动系统已向开放、高速、综合的网络花方向发展，通过局域网互联和广域网互联，实现系统信息资源的共享利用。
同时在变电站内，不同厂家的各种设备要连到监控、远动等信息处理主站，虽然做不到所有厂家都按照同一种标准互联，但可以通过协议转换器，实现不同介质、不同协议设备间的信息交换。
随着城农网改造的不断深入，一方面变电站综合自动化技术已趋于成熟，另一方面企业为了实现减人增效的目的，实现无人或少人值班变电站已是一种发展趋势，同时由于RS-485 总线仅需用一对双绞线即可实现多设备联网构成分布式系统，且设备简单、价格低廉，故RS-485总线通信方式在变电站综自系统中得到广泛应用。
由于每年春夏之初雷电多发，虽然变电站都有比较完善的防雷系统，雷电直击自动化设备的可能性不大，但通过通信线路或电磁感应还是有可能造成自动化设备RS-485通信口的损坏，造成无人值班变电站数据失控甚至大面积停电事故。
发生综合自动化系统RS-485通信口损坏一方面严重威胁着电网的安全运行，另一方面由于综自设备的检修或更换等原因经常造成对用户的停电。
因此加强和改进变电站综自设备RS-485通信的安全防护，是我们远动自动化专业人员迫切需要解决的重要技术课题。
RS485通讯防雷
RS485通讯防雷一、电路1.1. RS485通讯标准协议相信RS485通讯标准大家都已经熟悉了，也不再多说。
下面的说明部分在网上广为流传，就抄抄下来吧。
典型的串行通讯标准是RS232和RS485.它们定义了电压,阻抗等。
但不对软件协议给予定义，区别于RS232, RS485的特性包括：a. RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。
接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
b. RS-485的数据最高传输速率为10Mbpsc. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
d. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米。
RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
1.2. 典型的RS485通信芯片以TI为例，通常所用的BC184，内置TVS保护，具有15KV静电防护能力；稍差一点的BC182，则可以防护至8KV ESD冲击；而3082，则只能承受4KV ESD冲击。
在选用485芯片时，需注意其ESD 防护能力，驱动能力，对485总线差分信号的定义等。
1.3. 485应用电路举例。
a. A/B线需拉上下拉，保证总线空闲时，A/B差分信号仍是确定状态，避免杂讯影响。
上/下拉电阻取得小，则负载加重，会影响485总路线上节点数量；而取得大，则会影响数据传输的波特率。
，一般在几K到几十K之间，具体还在看应用电路的需求。
(比如此电路中上/下拉取值为3.3K，在实际带载测试(1200bps)时，485总线上只能挂十几外负载；而换成47K，则可以挂到一百多个负载；但若要在9600bps下通信，则上/下拉要小一些才行，目前的试验发现，10K基本上已经是极限了)b. 对地TVS用作ESD防护。
RS485抗雷击技术介绍
RS485抗雷击技术介绍详细说明：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。
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，G1.G2进行共模防护，G3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R1R2限流，TVS1/2二次限压后，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。
型号（G1/G2/G3）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）TED485 120V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A4．方案选择与对比G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比较方案一TED485 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低方案二3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高方案三P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中5．知识问答问：各种器件的选择依据是什么？答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。
如TED485能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。
R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。
RS485-RS232-以太网接口防雷防静电方案
一、RS485与RS232防护方案RS485 信号防雷保护RS232 信号防雷保护方案说明：图中只画了防雷及过压过流保护部份，至于上拉下拉电阻和终端电阻等并没有标示第一级使用三极气放管进行粗保护，差模共模保护，出现大电压时，气放管导通，将大电流引导到大地，为后续电路提供一道屏障，自恢复保护丝起过流保护，电流异常时，会由低阻转为高阻，将电路切断，以达到保护后续电路的作用，也起线路匹配作用。
TVS 作精细保护，共模差模全保护，经过前二次的保护，到这里的电压通常不会太高，TVS 进行再次的精细保护，为后续的电路提供精准的保护，TVS 还有防静电的作用，使接口芯片处于安全的环境之内。
此方案符合IEC61000-4-2 、IEC61000-4-4 、IEC61000-4-5 等相关测试标准。
二、以太网防护方案实际使用中Ethernet 接口是一个125 MHz 的时钟频率，工作为 2 V 数字电平信号。
往往产品在室内，短通讯数据线应用中，产品从以太网接口输入的通常是ESD 的威胁。
1．千兆网络静电保护符合标准：IEC 61000-4-2 Level 4 (Contact: 12 kV Air: 17 kV）优点：提供高速数据传输需要，无信号损失、不影响速率千兆网络静电保护2．10M /100M 静电加雷击保护方案一：适用条件:离充分暴露的直击雷区间用网络线连接线短于10米距离设备测试标准:TU-T K.21 (10/700 μS) 阻抗(40Ω)差糢:1.0KV 共模:6.0KV10M /100M 静电加雷击保护方案一方案二：适用条件: 充分暴露的直击雷区间测试标准: IEC61000-4-5 1.2/50 & 8/20μS 阻抗(2Ω) 差糢:6KV 共糢:6KV10M /100M 静电加雷击保护方案二方案说明:方案选择第一级使用GDT气体放电管,将浪涌电流通过开关式气体放电管泄放到大地,或放电管电极之关的惰性气体电光弧以热量形式消除,中间充分利用网络变压器的电感特性,起到去藕和隔离作用。
485防护方案
485防护方案一、啥是485呀？先得给大家唠唠这个485。
485就像是一个小信使，在好多设备之间跑来跑去传递信息呢。
不过这个小信使有时候也挺脆弱的，就像个小瘦子，容易被外界那些调皮捣蛋的东西欺负，所以咱得好好保护它。
二、防护的敌人都有谁？1. 电磁干扰。
这就像是一群看不见的小怪兽，在空气中到处捣乱。
它们发出的那些电磁信号啊，就有可能把485小信使给弄迷糊了，让它传错信息或者干脆就传不下去了。
比如说，附近要是有个大电机在嗡嗡嗡地转，那产生的电磁干扰可不得了。
2. 静电。
静电这个家伙可坏了，冷不丁就冒出来。
咱们平时脱毛衣的时候“噼里啪啦”的，那就是静电在搞怪。
要是静电跑到485的线路上，可能一下子就把485的小元件给打坏了，就像突然给小信使来了一闷棍。
3. 雷击。
雷击就更恐怖了，那可是超级大坏蛋。
一道雷劈下来，如果没有防护，485就像小蚂蚁一样被轻易摧毁，整个系统都可能瘫痪。
想象一下，那可是天上来的超强攻击呀。
三、咱们的防护大招。
1. 屏蔽线缆。
就给485穿上一层特制的铠甲，这就是屏蔽线缆。
这线缆的外皮就像一个金钟罩，把里面的信号线保护得严严实实的。
那些电磁干扰小怪兽想进来捣乱，没门儿！而且这线缆的两端啊，一定要接地良好，就像把金钟罩的链子牢牢地钉在地上，这样才能把那些干扰都导到地下去。
2. 静电防护。
对于静电，咱们得给485线路周围来点“干燥剂”。
可以使用防静电的材料来包装设备，就像给485穿上一件防静电的小外套。
还有啊，在设备安装和维护的时候，操作人员最好戴上防静电手环，这样就不会把身上的静电传给485啦。
3. 防雷措施。
对付雷击这个大坏蛋，得准备几个厉害的法宝。
在485线路进入设备之前，装个防雷器。
这个防雷器就像一个超级保镖，一旦有雷击的强大电流过来，它就把大部分电流给引到地下去，只让一小点安全的电流通过去给485用。
还有，建筑物要是有避雷针就更好了，避雷针把雷给吸引走，就像一个大英雄把大坏蛋给引开，不让雷去攻击485。
RS485总线的隔离及稳定性解决办法
RS485总线的隔离及稳定性解决办法一、关于485总线的几个概念:1、485总线的通讯距离可以达到1200米根据485总线结构理论，在理想环境的前提下，485总线传输距离可以达到1200米。
其条件是通讯线材优质达标，波特率为9600，只负载一台485设备，才能使得通讯距离达到1200米，所以通常485总线实际的稳定的通讯距离往往达不到1200米。
如果负载485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。
2、485总线可以带128台设备进行通讯其实并不是所有485转换器都能够带128台设备的，要根据485转换器内芯片的型号和485设备芯片的型号来判断，只能按照指标较低的芯片来确定其负载能力。
一般485芯片负载能力有三个级别――32台、128台和256台。
此外理论上的标称往往实际上是达不到的，通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足(无源转换器)、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量。
3、485总线是一种最简单、最稳定、最成熟的工业总线结构这种概念是错误的。
485总线是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。
其通讯质量需要根据施工经验进行调试和测试采可以得到保证。
485总线虽然简单，但也必须严格按照安装施工规范进行布线。
二、必须严格按照施工规范施工在485总线系统施工时必须严格按照施工规范施工，特别应注意下面几点。
1、485+和485－数据线一定要互为双绞。
2、布线一定要布多股屏蔽双绞线。
多股是为了备用，屏蔽是为了便于出现特殊情况时调试，双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性较好。
不采用双绞线是错误的。
3、485总线一定要用手牵手式的总线结构，坚决避免星型连接和分叉连接。
4、设备供电的交流电及机箱一定要真实接地，而且接地良好。
有很多地方表面上有三角插座，其实根本没有接地，接地良好可以防止设备被雷击、浪涌冲击。
RS485传收器实现强大的雷击保护功能
RS485传收器实现强大的雷击保护功能智能电网(Smart Grid) 是目前全世界重要的节能减碳政策之一，其中具有可长距离通讯的RS485网络，是智能电网中关键的传输接口。
RS-485传输线一般架在室外或沿电缆铺设，所以常发生因雷击在传输线上引起瞬变干扰而损坏器件。
此外，RS-485网络一般是Party-Line (or Bus)结构，即一条总线(Bus)连接数十至数百个RS485传收器(Transceiver)。
因此，雷击浪涌(Surge)产生电压突波可能会导致传输线上数百个RS-485传收器的损坏。
故任何的电压突波保护措施是RS-485实际使用中必须考虑的问题，也是提高系统可靠性及安全性重要的措施。
晶焱科技本持着在ESD领域的专业设计经验，推出具有IEC61000-4-5 (8/20μs) ±30A雷击功能的RS485传收器(AZRS3082)，AZRS3082是目前市面上雷击保护功能最强大的RS485传收器。
AZRS3082具有最强大的ESD保护功能在传统的RS485传收器中，为了符合DL/T 645的标准，传输线接口A,B两端会有HBM 15kV的规格，但在实际应用上，这样的防护是不够的。
所以目前一般的解决方法是在RS-485传收器外部加上瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor, TVS)来防止电压突波，但一般的TVS很难做到大功率，所以在雷击浪涌到来时，瞬间大能量会直接损坏一般的TVS，尤其是整合到芯片中的TVS更是脆弱，所以设计上还是需要外加雷击浪涌保护组件。
目前外加的雷击浪涌保护组件有气体及陶瓷放电管、压敏电阻及TVS三种。
放电管的耐电流能力很强，但是其反应速度慢，箝制电位也非常高(约为800V左右)，这样的特性使其保护效果大打折扣，常会遇到即使加了放电管，受保护组件仍会损害。
压敏电阻其寄生电容大，导通电阻也高，且低电压的压敏电阻漏电流大，也不适合用于RS-485接口保护。
实例解读,RS485接口电路防护方案设计思路
实例解读，RS485接口电路防护方案设计思路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。
陶瓷气体放电管（GDT）【UN3E5-470LSMD】直流标称电压470±20%V，冲击电流（8/20μS）2.5KA*2，电容值＜1.5pF，电阻值＞1GΩ【UN3E6-420MM】直流标称电压420±20%V，冲击电流（8/20μS）5KA*2，电容值＜1.5pF，电阻值＞1GΩ温度保险丝（PTC）PTC1/PTC2【JK250-120U】最大冲击电压250V，最大冲击电流10A，最大不动作电流120mA瞬态抑制二极管（TVS）TVS1/TVS2/TVS3【SMBJ15CA】Vbr：16.7-18.5；Ir：SuA；Vrwm：15.0V，Ipp：24.59A；封装：SMB/DO-214AA.三、方案应用1、监控/安防系统2、门禁系统3、铁路信号控制灯4、智能交通系统5、电表/水表/仪器仪表6、光端机四、方案说明与注意事项1、前端采用通流量大的GDT，泄放大电流2、后端采用反应时间快的TVS，残压低，有效保护RS485芯片3、中间采用PTC做退耦，让前面GDT更容易动作，打到泄放电流的作用4、本方案在差模，共模均采用是同型号的TVS和GDT,防护无死角。
RS485通讯保护方案概述(精)
RS485RS485防雷方案防雷方案一.RS485RS485半双工防雷电路半双工防雷电路A :为通常所述Data+/Rx+B :为通常所描述Data-/Rx-说明说明::1.1.防雷保护器的基本要求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。
二.器件一览表三.器件说明GDT 选择要3R090(动作电压在72V~108V,它能保证第一级保护完后,到第二级的电压低于108V.这样第二级器件的处理电压就在小范围内。
PPTC 选择100ma,因为考虑RS485数据线的电流量在30mA以下,加上其它干扰信号,电流也不会超过50mA,再加上此型号的内阻及感抗匹配相对较好,利用PPTC感抗特性,可以让GDT更充分的保护处理。
产品产品类型类型GDT 气体放电管PPTC 自恢复保险丝差模器件共模器件贴片型号2R090M SMD1206-010或SMD1206-01SMD1206-0122SMBJ6.5CA INT.P0080SAL SMBJ SMBJ121212CA CA 3R090M插件型号2R090L250V-120INT.P0080LAL 或P6KE6.8CA P6KE16CA 3R090L差模TVS保护选择关断电压小于6V左右的第二级保护,这样可以保证差分信号不会被器件吸收;嵌位电压在10V左右,意味被TVS后端电压不会高于10V。
再者,RS485转换芯片的IPP下最大承受电压一般会在13V以上,这样就有效的保护到后级电路。
偌总线BUS上RS485接口较多,距离0.5KM 以上,差模线上建议半导体放电管INT.P0080SAL、INT.P0080LAL ,它电容量偏低,对数据的影响会更小,效果更好!共模TVS保护选择关断电压小于12V左右的第二级保护,因为典型的MAX485芯片厂家,提供的(-7V~+12V common-mode input voltage range共模-7V~+12V的共模电压,所以共模线上用SMBJ12CA 或P6KE16CA ,动作电压在13~14V之间。
RS485的EMC防雷设计方案
通讯接口RS485的电磁兼容设计方案一.原理图设计方案1. RS485接口6KV防雷电路设计方案图1 RS485接口防雷电路接口电路设计概述：RS485用于设备与计算机或其它设备之间通讯，在产品应用中其走线多与电源、功率信号等混合在一起，存在ＥＭＣ隐患。
本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计，从设计层次解决EMC问题。
电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：L1为共模电感，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，能提高产品的抗干扰能力，同时也能减小通过429信号线对外的辐射，共模电感阻抗选择范围为120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz，典型值选取1000Ω/100MHz；C1、C2为滤波电容，给干扰提供低阻抗的回流路径，能有效减小对外的共模电流以同时对外界干扰能够滤波；电容容值选取范围为22PF~1000pF，典型值选取100pF；若信号线对金属外壳有绝缘耐压要求，那么差分线对地的两个滤波电容需要考虑耐压；当电路上有多个节点时要考虑降低或去掉滤波电容的值。
C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，C3容值可根据测试情况进行调整；（2）电路防雷设计要点：为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模6KV，差摸2KV的防雷测试要求，D4为三端气体放电管组成第一级防护电路，用于抑制线路上的共模以及差模浪涌干扰，防止干扰通过信号线影响下一级电路；气体放电管标称电压VBRW要求大于13V，峰值电流IPP要求大于等于143A；峰值功率WPP要求大于等于1859W；PTC1、PTC2为热敏电阻组成第二级防护电路，典型取值为10Ω/2W；为保证气体放电管能顺利的导通，泄放大能量必须增加此电阻进行分压，确保大部分能量通过气体放电管走掉；D1~D3为TSS管（半导体放电管）组成第三级防护电路，TSS管标称电压VBRW要求大于8V，峰值电流IPP要求大于等于143A；峰值功率WPP要求大于等于1144W；接口电路设计备注：如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板数字地GND直接电气连接。
RS485总线防雷保护方案
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。
RS_485通信总线防雷保护设计
RS-485通信总线防雷保护设计张生滨【摘 要】 介绍一种RS-485通信总线防感应雷装置的设计及其原理。
【关键词】 RS-485通信 雷电0 引言随着RS-485通信总线技术被广泛的应用,雷电和干扰已经成为RS-485通信总线在实际工程经常遇到的问题。
雷电能够使RS-485通信总线构成的系统遭到严重的毁坏,电磁干扰也严重地影响RS -485通信总线的数据传输质量。
为此设计一种能够防感应雷和抗干扰的RS-485通信总线防雷保护器。
1 电路原理1.1 防雷保护器的基本要求(1)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。
(2)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RS-485芯片的耐受电压水平。
(3)在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损。
(4)雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。
1.2 工作原理防雷保护器的电路接线如图1所示,它是由气体放电管G、T VS(瞬态电压抑制)二极管D1、D2以及电阻R和电感L组成。
这是一个两级保护电路,第一级保护元件为放电管G,用于泄放雷电产生的大电流,将大部分雷电能量加以旁路吸收。
第二级保护元件为T VS二极管D1、D2,用于实施对经第一级抑制后的剩余过电压进行钳位,将其限制到RS-485芯片可以耐受的电压水平,介于第一级与第二级保护元件之间的电阻R和电感L是用于协调这两级保护元件在动作特性上的配合。
1.3 元件的选择1.3.1 放电管G放电管的直流放电电压U f应高于信号线上传输的最高信号电压,放电管的响应速度是选择放电管的另一个指标。
在正常传输电压低于10V的信号线保护中,U f为50V-100V的放电管,它能泄放5kA～10kA的浪涌电流。
图1 电路原理图(下转第30页)2.2 设备管理设备管理包括设备帐目及维修与使用记录两部分管理内容。
由于电教设备在使用过程中比较分散,如:幻灯机、投影仪、幕布等分散于各教室或由教研室保管和使用,因此,设备的使用情况也应纳入管理范围。
RS485数据总线防雷技术介绍
RS485数据总线防雷技术介绍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。
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，G1.G2进行共模防护，G3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R1R2限流，TVS1/2/3二次限压后，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。
型号（G1/G2/G3）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）GS41-181N 120V~240V ≥100MΩ≤2PF 4KV/500A4．方案选择与对比G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2/3 比较方案一GS41-181N 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低方案二3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高方案三P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中5．知识问答问：各种器件的选择依据是什么？答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。
如GS41-181N能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。
R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。
RS-485总线网络中的抗雷击技术
RS-485总线网络中的抗雷击技术通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等，例如人体接触芯片的引脚而产生静电放电，其电压可以高达数十千伏，可使在工作中的器件产生闭锁而不能运行或使器件受损；而感应雷在RS-485 传输线上引起的瞬变干扰，其能量更可在瞬间烧毁联结传输线上的全部器件！目前市场上已经有一些RS485 芯片，通过在内部集成TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR,瞬变电压抑制二极管）的办法防过压瞬变。
TVS 的作用原理是当管子两端经受瞬态能量冲击时，能极快地将其两端的阻抗降低，通过将能量吸收掉从而把其两端间的电压箝制在其标称值上，保护后端的元件。
受半导体工艺限制，集成到RS-485 芯片上的TVS 很难做到大功率，在雷击到来时，瞬态能量可以损坏内置的TVS；同时，瞬态电流产生的强磁场会使近距离的其他电路上感应出高电压，即形成所谓的反击，造成电路损坏。
RS485 芯片上集成TVS 的主要功能是为了消除静电（不少厂商的规格书上已有详细介绍），而无法防雷击浪涌。
通讯线路的雷击模拟测试，现普遍采用的是国际电联ITU-T K20（局端使用）和ITU-T K21（用户端使用）标准，测试方法为10/700uS;1KV 和10/700uS;4KV，正反向各打5 次。
现有用户在测试时使用国际电工IEC61000- 4-5 LEVEL4 的 1.2/50;2KV 标准，该测试方法一般用来考核电源类端口，但完全不适用于通讯线路的雷击模拟测试标准。
实验证明，能通过该条件的内置了TVS 的RS485 芯片在使用10/700uS;1KV 条件进行测试时，第一次模拟雷击后就已经失效！GB 3482-83《电子设备雷击试验方法》和GB 3483-83《电子设备雷击试验导则》中均有相应的规定，对RS485 通讯接口而言，应按与电缆相连。
RS485总线的防雷及过压保护技术
ＲＳ．４８５总线的防雷及过压保护技术
孙义成徐伟殷建强 常熟开关制造有限公司江苏常熟２１５５００
【摘要］对ＲＳ－４８５通信网络和浪涌雷害的产生进行了简单的介绍，分析了各种常见的瞬变干扰抑制器的 性能特点，并对ＲＳ－４８５总线接口防护器件的选用作了说明，提供了数据通信端口防浪涌保护技术的应 用实例，组成的电路结构简单，工作性能可靠。
［关键词】ＲＳ－４８５总线；抗扰器件；防浪涌保护
０引言
在采用数据总线ＲＳ－４８５、ＲＳ－４２２、ＲＳ．２３２的工业控制系统中常受雷击或浪涌瞬变骚扰而损坏器 件，从而导致数据总线通讯网络瘫痪甚至使元器件发出错误的信号，会给用户带来很大的损失，因 此如何提高数据总线网络在雷击浪涌情况下保持正常通信，对于工业应用的元器件具有重要的意 义。下面以常用的ＲＳ－４８５总线为例，结合实际使用经验作一下简单的介绍。
１ ＲＳ．４８５数据总线网络概述
随着现代化数字通信技术的迅速发展，单独的一个系统会由多个相互通信的终端组成。ＲＳ－４８５的 总线网络因仅需采用双绞线作为传输线就可实现多站联网构成分布式系统，且所需投入成本较少，故
目前它的应用最为广泛。ＲＳ－４８５收发器采用平衡发送和差分接收，在发送端，驱动器将ＴＴＬ电平信号
．２１５，
（＞３００Ａ－＠１０／７００ｕＳ）；响应速度快，启动残压低；寄生电容极小（＜ｌｐＦ）．适合商传辅速率的电路。主 要应用于ＲＳ－４８５、ＲＳ．４２２，ＲＳ－２３２，网络交换机等数据通讯传输端口的防雷及过压保护。
RS485防雷保护方案
深圳市檳城電子有限公司
深圳市南山區西麗留仙大道平山民企科技園1棟2樓 郵編:518055
TEL:800-830-9001 FAX: (+86)755-26515043
RS485端口防雷保护方案
一、应用范围：
此方案可应用于RS485端口的雷击防护。
二、防护电路：
三、方案说明：
1、该方案可通过10/700us雷击浪涌差模6KV、共模6KV测试。
2、方案采用两级保护的形式，前级使用两颗陶瓷气体放电管BA301N将绝大部分雷击
能量泄放掉，中间用10ohm、1w的电阻做退耦元件，保证后级保护动作的同时前级保护也动作，后级采用三颗半导体放电管BS0060M做差、共模的防护，保证可以将残压限制在较低水平，如此就能有效地达到防护的目的。
3、BA301N和BS0060M的规格参数，请参考附件。
几种实现485隔离的方案
几种实现485隔离的方案RS485总线是一种使用平衡发送，差分接收实现通讯的通用串口通信总线，由于其具有抗共模干扰能力强、成本低、抗噪能力强、传输距离远、传输速率高、可连接多达256个收发器等优点，广泛应用于工业智能仪表，通讯设备等各个领域。
RS485电路可以分为非隔离型和隔离型。
隔离型电路是在非隔离型电路的基础上增加隔离性能，使得电路具有更强的抗干扰性和系统稳定性。
下面主要围绕隔离型485电路进行简单介绍。
一．什么情况需要485隔离●当485通信接口外部节点连接高压时，极易损坏后端电路，甚至可能会在使用端产生触电；●当485通信节点距离太远时，每个节点的参考地都接于本地的大地，当两端大地之间存在较大的压差时，地电势会以共模电压的方式叠加在信号线上，从而有可能超出端口可承受的共模电压范围，影响正常通信，甚至会损坏后端电路●当距离较远的485通信节点之间的地平面利用线缆进行连接时（如485屏蔽电缆），地线会和大地形成地环路，该环路会耦合外部共模噪声，并产生地环路电流，可能会导致整个电路系统失效。
二．实现485隔离的具体方案为了避免上述情况发生，我们可以使用485隔离电路以实现。
下面介绍几种常用485电路隔离方案。
●利用光耦隔离实现485隔离最早的隔离器件为光耦隔离器。
在基于CMOS的数字隔离器开发成功以前，市面上所有的隔离器件均为光耦隔离器件。
下图为使用传统三个光耦隔离器实现的485隔离电路。
图1 基于光耦隔离的485隔离电路●利用光耦+数字隔离实现485电路隔离由于普通的光耦隔离芯片只能适用于通讯速率较低的情况，那么在高速信号传输电路中，485使能信号可继续使用光耦隔离器件对进行隔离，而数据信号通路则可使用高速数字隔离芯片NSi8121N1实现。
相较于传统光耦电路，系统传输速率提高，且降低了系统复杂度。
下图为利用光耦隔离和数字隔离共同实现的485隔离电路图2 基于光耦隔离和数字隔离的485隔离电路● 利用数字隔离器实现485电路隔离只要有光耦隔离存在，就会有使用寿命短、抗共模能力弱、功耗高等缺点，仍极大的限制电路使用场景，而隔离电路全部使用数字隔离器能很好的避免这些问题。
485防雷设计
TANG FANG 26/DEC/2008
什么是 RS-485
• 典型的串行通讯标准是RS232和RS485 • RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+ （2—6V） 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6） V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接 口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 • RS-485的数据最高传输速率为10Mbps • RS-485接口抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 • RS-485接口的最大传输距离标准值约为1200米。 • RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。 • 因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线， 所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
瞬态电压抑制TVS
• TVS二级管的击穿电压 U Z应高于信号线上 传输的信号电压 ,在此前提下 ,Uz 应尽可 能选得低一些 ,较低的 Uz 可使 RS - 485 通信芯片得到可靠保护 ,并且具有较大的 通流容量
• 采用SMAJ5.0CA
/products-dateil.asp?id=270
聚合物正温度系数热敏电阻 PPTC
——自恢复保险丝
• 经过测试PTC则可采用10欧左右， 200~300mA,耐压600V的陶瓷或高分子热 敏电阻
• 采用SMD005-1206 或 RF120-250 • /productsdateil.asp?id=265 • /product.asp?type i气体放电管 GDT (Gas discharge tube)、 瞬态电压抑制TVS (Transient voltage suppresser) 聚合物正温度系数热敏电阻 PPTC (polymer Positive temperature coefficient)
RS485防雷击浪涌技术介绍
RS485防雷击浪涌技术介绍RS485通信是一种常见的工业通信协议，用于实现多设备之间的数据传输。
然而，由于环境中存在雷击和浪涌等电力故障，这可能会对RS485通信线路造成损害。
因此，为了保护RS485通信线路免受雷击和浪涌的影响，采取防雷击浪涌技术非常重要。
首先，为了防止雷击对RS485通信线路的直接影响，可以采取以下措施：1.接地保护：确保RS485通信设备的接地良好，可以减少雷击对设备的冲击。
通过合理布局接地体系结构，将RS485通信设备与大地形成低阻抗路径，使雷击电流能够快速排泄到大地上，减少对设备的影响。
2.避雷器：在RS485通信线路进入建筑物的外壳处，安装避雷器。
避雷器能够将雷击电流引入大地，从而减少对RS485通信线路的冲击。
避雷器可分为雷电保护器和敷设导线避雷器两种。
雷电保护器一般安装于接线盒内，能够对RS485通信线路进行保护。
敷设导线避雷器安装在通信线路的进入点，能够将雷击电流引入大地，保护RS485通信线路。
其次，为了保护RS485通信线路免受浪涌电流的影响，可以采取以下措施：1.浪涌保护器：在RS485通信线路的输入和输出端安装浪涌保护器。
浪涌保护器能够对输入和输出的浪涌电流进行瞬态抑制，有效降低浪涌电流对通信线路的影响。
浪涌保护器一般采用气体放电管或二极管等器件，具有低电压放电、高抑制速度和长寿命等特点。
2.磁炮：安装磁炮设备可以有效保护RS485通信线路免受浪涌电流的损害。
磁炮是一种能够通过放电管和电容器等器件将浪涌电流引导到地线上的设备，能够提供良好的浪涌电流路径，保护通信线路。
最后，为了增强RS485通信系统的稳定性和可靠性，还可以采取以下措施：1.设备选型：选择具有防雷击和浪涌保护功能的RS485通信设备。
这些设备通常具有抗雷击冲击和浪涌电流的能力，能够保护通信线路。
2.线路布置：合理规划和布置RS485通信线路，避免与强电线路或高压设备靠近。
尽量将通信线路远离可能引起雷击和浪涌的设备，减少外界干扰。
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Ｒｓ．４８５的传输长度与传输速率成反比，其最大传输距离 约为１２００米，最大传输速率为１０Ｍｂｐｓ。如果采用光电隔离方 式，则通讯速率还会受到光电隔离器件响应速度的影响。另 外，考虑到ＲＳ．４８５传输网络的阻抗匹配要求，需要在Ａ．Ｂ引
脚之间并联一个１２０ Ｑ电阻。
的电路。微处理器的标准串行口的ＩⅨＤ、ＴＸＤ通过光电隔离 电路连接到ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片的Ｒ０、ＤＩ引脚，ＴｘＥＮ同样经
技术应用 两极受到高能量冲击时，高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千 瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地 保护电子线路中的元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。其特
点如下：
光电隔离电路去控制ＭＡｘ４８７ｃＳＡ芯片的ＤＥ、ＲＥ引脚。 由微处理器输出的ＴｘＥＮ信号通过光电隔离器件控 制ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片的发送器／接收器使能：ＴｘＥＮ信号为
２１
（作者单位：中国电子科技集团公司第三十九研究所）
ＤＣ／ＤＣ变换器。我们选用Ｂ０５０５Ｓ．１ｗ作为ＤＣ／ＤＣ变
换器，其特点如下：
◆隔离单电压输出，隔离电压高（隔离电压为 １０００ｖＤＣ），耐冲击性好，自然空冷无需外加元件可直接使
用；
◆具有很高的电气隔离能力。如果需要，可以将输出
正极接输入端地，输出端的负极产生一个负电压； ◆在对噪声及纹波敏感的电路中，其输出端的滤波电
引言 在卫星通信天线的伺服控制中，天线控制单元（ＡＣｕ） 与天线驱动单元（ＡＤｕ）之间的数据通信是通过Ｒｓ．器 来实现的，ＰＬＣ对外的数据通信是通过４８５串口来进行的，所 以我们以往在ＡＣｕ控制主板上直接通过ＭＣｕ单片机对４８５串 口芯片（ＭＡＸ４８７ＣＳＡ）进行数据通信。因为芯片输入及输
出端的收、发与ＡＤＵ单元中的ＰＬＣ共地，没有进行隔离，这 就造成雷雨天时（南方地区）易烧毁４８５串口芯片，经过对
图ｌ ＭＡｘ４８７ｃｓＡ通讯基本电路
电路。微处理器（ＭＣＵ）的标准串行口通过ＲＸＤ直接连接 ＭＡＸ４８７ＣＳＡ芯片的Ｒ０引脚，通过ＴＸＤ直接连接芯片的ＤＩ引 脚。
电路进行重新设计，隔离了ＡＣｕ、ＡＤｕ通信的共地现象，芯 片电源也进行了Ｄｃ／Ｄｃ转换，解决了故障发生的原因，保证 了设备的可靠运行。
容不可取值过大，以免造成启动问题。另外，输出端不可空
载使用，最小负载不能小于满负载的２０％（本电路在输出端 并了一个２７０Ｑ电阻）。 ３）ＴＶＳ（瞬态电压抑制器）二极管
电路中的ＴＶＳ二极管是一种高效能保护器件。当二极管
８８
信息系统工程１ 万方数据
２０１４．３．２０
RS-485串口通信在天线控制中防雷击的隔离使用
在该电路中，由Ｍｃｕ输出的ＴｘＥＮ信号直接控制 ＭＡｘ４８７ＣＳＡ芯片的发送器／接收器使能：ＴｘＥＮ信号为 “１”，则芯片发送器有效，此时微处理器向ＲＳ．４８５总线发 送数据；ＴｘＥＮ信号为“０”，芯片接收器有效，此时微处理 器可以接收来自Ｒｓ．４８５总线数据。由于ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片的
接地端与ＡＤＵ单元中ＰＬＣ的４８５口共地，没有进行隔离，使
控制总线受到不必要的噪音影响；
据；ＴｘＥＮ信号为“０”，则ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片的ＤＥ、ＲＥ引
脚为“０”，芯片接收器有效，此时微处理器可以接收来自 ＲＳ．４８５总线的数据。
电路中我们使用一块ＤＣ／Ｄｃ变换器（Ｂ０５０５Ｓ．１ｗ）可以 产生一组与微处理器电路完全隔离的电源输出，用于向ＲＳ一 ４８５收发器电路提供＋５ｖ电源。 为了可靠地保护Ｒｓ一４８５网络，确保系统的安全，我 们额外地增加了一些保护电路。连接至Ａ引脚的上拉电阻
一、ＲＳ一４８５的通信特点
Ｒｓ．４８５标准是为了弥补Ｒｓ．２３２通信距离短、速率低等 缺点而产生的。４８５的数据信号采用差分传输方式（平衡传 输），它使用一对双绞线，其中一线定义为Ａ，另一线定义 为Ｂ。通常情况下，ＲＳ．４８５发送驱动器Ａ、Ｂ之间的正电平在 ＋２Ｖ～＋６Ｖ，是一个逻辑状态；负电平在．２ｖ—．６ｖ，是另一 个逻辑状态。对于接收驱动器，定义逻辑１（正逻辑电平）
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 金福忠 中国电子科技集团公司第三十九研究所 信息系统工程 China CIO News 2014(3)
本文链接：/Periodical_xxxtgc201403053.aspx
参考文献
【１】周立功公司．广州周立功芯片使用手册【Ｓ］．２０１１． Ｈ
四、隔离电路保护器件的工作特性
１）光电耦合器。电路中我们选用ＴＬＰ５２１．４作为光电耦 合器件，工作原理及特点如下：
内部电路为一个光电二极管和一个感光三极管组成的光
电隔离，被隔离的两极电路没有电器连接。其原理是发射端 经驱动电路将电信号通过发光二极管转变为光信号，通过放 大转为电信号，达到输入输出电路的隔离。因而能有效地抑 制系统噪声，消除接地回路的干扰，具有响应速度快、体积 小、耐冲击的特点。同时，其传输能力及反应速度的快慢， 对输入信号的频率也有不同的要求。
Ｒ６７、连接至Ｂ引脚的下拉电阻Ｒ６４用于保证未连接网络时
◆ＴＶＳ的正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型 的ＰＮ结雪崩器件。在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过Ｔｖｓ的 电流，由原来的反向漏电流上升到击穿电流时，其两极呈现 的电压由额定反向关断电压上升到击穿电压，ＴＶＳ被击穿。 随着峰值脉冲电流的出现，流过ＴＶｓ的电流达到峰值脉冲电 流。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。尔 后，随着脉冲电流的衰减，ＴｖＳ两极的电压也不断下降，最 后恢复到起始状态。
为Ｂ＞Ａ的状态，逻辑０（负逻辑电平）为Ａ＞Ｂ的状态，Ａ、 Ｂ之间的压差不小于２００ｍｖ。
得ＲＳ一４８５总线易受到外界干扰，在发生雷击时产生的高压损 坏ＲＳ．４８５收发器，造成设备通信故障，影响到天线的正常运 行。为此，我们对该电路进行了重新设计，改进了芯片的光 电隔离电路。
三、隔离ＲＳ一４８５电路
图２是一个使用光电隔离方式连接的ＭＡＸ４８７ＣＳＡ芯片
ＲＳ．４８５因其具有控制方便、成本低廉、高噪声抑制、较 高的传输速率及传输距离远等优点，已被各研发机构广泛使
用。
二、基本ＲＳ一４８５电路
图ｌ为一个使用ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片的Ｒｓ一４８５通讯基本
图２ ＭＡｘ４８７ｃｓＡ光耦隔离电路
信息系统工程Ｉ
２０１４．３．２０
万方数据
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＜，＜＜
ＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
技术应用
Ｒｓ一４８５串口通信在天线控制中防雷击的隔离使用
◆金福忠
摘要：本文结合Ｒｓ一４８５串口通信在卫星天线控制系统中的使用以及工作中偶发雷击烧 毁的现象，对Ｒｓ一４８５串口通信进行了原理分析并对串口电路进行了光电隔离，解决了故障 的再次发生，从而保证了设备的正常工作。
关键词：Ｒｓ一４８５；Ｍｃｕ微处理器；Ｄｃ／Ｄｃ变换器；光电耦合器
“ｌ”，则ＭＡｘ４８７ＣＳＡ芯片的ＤＥ、ＲＥ引脚为“１”，发送 器有效，接收器禁止，此时微处理器向ＲＳ．４８５总线发送数
◆将ＴＶｓ二极管加在信号及电源线上，能防止微处理 器或单片机因瞬间的冲击，如静电放电效应、交流电源之浪 涌及开关电源的噪音所导致的失灵； ◆静电放电效应能释放高能量的脉冲，并能持续 １０ｍｓ；而一般的ＴＴＬ器件，遇到超过３０ｍｓ的１０ｖ脉冲时，便 会导至损坏。利用ＴＶＳ二极管，可有效吸收会造成器件损坏 的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰； ◆将ＴＶＳ二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及
到良好的保护效果。
电路中光耦器件的速率会影响卒ＩｊＲＳ．４８５的通讯速率。本 电路中选用了ＴＬＰ５２１．４芯片，通讯速率达到８６００ｂｐｓ，满足 通信要求。如要达到更高的通讯速率，则需选用响应速度更 高的光耦器件。
结束语
通过对ＲＳ．４８５通讯串口的隔离使用，在后来的多个工程 中，再没发生过雷击损坏４８５通信芯片的现象，有效地避免 了设备间通讯故障的发生，保证了设备通信的正常工作。同 时也一定程度上避免了人力、物力及财力的浪费。电路中一 个小小的改进，给工作带来了极大的便利。
的ＭＡｘ４８７ｃｓＡ芯片处于空闲状态，以提高这一个ＲＳ．４８５节 点的工作可靠性。电路中，钳位于６．８ｖ的Ｔｖｓ二极管ｖ１４、 Ｖ１５、Ｖ１６都是用来保护Ｒｓ．４８５总线的，避免其受到雷击时 产生的高压损坏。另外，电路中的Ｌ２、Ｌ３、Ｃ９ｌ、Ｃ９２是为 了提高电路的ＥＭＩ性能，这些都能够对ＭＡｘ４８７ｃＳＡ芯片起