大家讨论：怎样解决RS485抗雷击

tianxu_unison

一些RS-485芯片通过在内部集成瞬变电压抑制二极管(TVS)来防过压瞬变。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。RS-485芯片上集成TVS的主要功能是为了消除静电，但不能防雷击浪涌~~~

笑云君

摘要：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。本文介绍了一种半导体类气体防雷管构见的两级防雷电路，实现对RS485接口的防雷击和过压保护。 关键词：总线 收发器 瞬变 随着数字通讯技术的发展和智能家电的普及，一个系统往往由多个需要相互通讯的终端组成。例如，楼宇安全监控系统，煤气表、水电表的自动抄表系统、超市的自动收费系统等都存在多站、远距离通信的问题。在要求通信距离为几十米到上千米时，由于RS-485总线仅需用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统，且设备简单、价格低廉，故在工程项目中获得广泛的应用。 RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号转换成TTL电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，使传输信号能在千米以外得到恢复。根据RS-485标准，RS-485收发器的最大传输速率为10Mbps ，最大电缆长度为4000英尺，总线上能连接32个收发器（Sipex公司的SP485R允许在一条总线上连接400个收发器），广泛适用于远距离、多站式、分时通讯系统。 在构成RS-485总线网时，采用双绞线作传输线，传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设,所以，在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变干扰而损坏器件，再者由于RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即通常采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，因此，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，故防雷措施是RS-485技术实际使用中必须考虑的问题，也是提高系统可靠性一个十分重要的措施。 RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许-7～+12V，超过此范围的过压瞬变就可能损坏器件，引起过压瞬变的来源通常是雷电、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，应按与电缆相连的电子设备来考虑，应该选用10/700uS;4KV标准来执行雷击模拟测试。 对于通讯线路的来说，合理防护的基础是正确选用器件。传统的气体或陶瓷放电管虽然耐流量大，但是其反应速度慢，箝位电压高（约为800V左右）。而压敏电阻的吸收性能较差，寄生电容大，且低电压的压敏电阻漏流大，也不适合用于RS485接口保护。半导体类的防雷过压器件（Sidactor和TVS）虽然反应速度极快，但如前所述其耐受能量不足，难以独立承担整个线路的保护。目前，槟城电子的TED-485半导体类气体防雷管具有反应速度快，寄生电容小（<1pF），浪涌耐量大（>300A@10/700uS）等特性，特别适合用于RS485接口的初级防护。 我们的建议是使用TED-485防雷管为基础，构建初级和次级的两级防雷电路，可以实现对RS485接口的整体防雷击和过压保护（电路图如下）。 此主题相关图片图中Q1/Q2/Q3为TED-485防雷管，分别提供线线间和线地间的防雷击过压保护，TED-485防雷管的快速反应特性使雷击过电压被迅速泄放，而浪涌吸收能量大的特性可以保证泄放过程中防雷管自身不被损坏。泄放过程中产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件选择而有所不同，约在数十付到数百伏之间，宽度在数十纳秒到数百纳秒，由于脉宽窄，所以能量不大。次级保护使用的是TVS管，其作用就是将以上所述的尖峰电压吸收掉，可靠地箝位在安全电压范围内。图中的R1/R2可以选用小型线绕电阻或小型有机实心电阻，它可以承受很大的瞬态功率，其作用是为电路提供隔离。用10/700uS;4KV雷击模拟测试，实测该电路输出端波形如下：此主题相关

笑云君

大家有没有更好的方案啊,欢迎贴出来

tianxu_unison

哈哈~~不错的电路解决方案、简单、实用~~~大家还有什么别的好方案呢~~~比如说：埋地呀~~、什么的~~~

xmznt

接地:是指将所有金属构架（构件）、管道、电缆金属屏蔽层、穿线铁管连在一起，与屏蔽笼及总接地网就近连接；电气、电子设备的防雷接地、工作接地、保护接地采用共地方式；计算机的逻辑接地采用绝缘电缆引外接地，为防反击再与主接地网暂态共地连接。

tianxu_unison

楼上真是实在~~一看就是做工程的~~~哈哈~~~

xmznt

接地嘛麻虎不得半点,否则问题来了......

犁叟

呵呵~~~好东西啊！ 我也谈谈一个经典的怪现象的解决措施~~~~~ 87年前后，武汉制药厂（现在是*集团了）原料仓库的一台计算机，只要开机了，不定时间经常遇到一种奇怪的现象，不用敲键盘，屏幕上会出现一些怪字符（DOS的年代），简直无法操作了~~~~~~ 怀疑病毒~~~~ 杀了毒一样出现，只装当时由我们厂计控科室[张昌庆]同志自己开发的中文“ZCDOS”系统一样出现，将计算机搬到计控科就一切正常，该计算机在全厂52个站点上运行，除原料仓库站点，在所有站点上能够正常工作~~~~~~~~~ 怀疑抗干扰能力~~~~ 调换了多台计算机到该站点，现象都存在~~~~~~~~许多抗干扰措施都上了，电源的净化、电源的共轭拟制、同轴网远离动力、通信线杆改埋地~~~~~~~~故障不减！ 不用敲键盘谁在胡乱敲呢？有鬼了！ 开技术分析会~~~~~~~~~ 找干扰源~~~~~~~ 周边工业区，都是化工行业~~~~~~ 扩大范围找~~~~~~~ 一公里外有个邮电535厂（现洲际电源厂）做通讯电源的，一片光明~~~~~满怀希望等待他们厂停电，我们厂和他们厂共用动力供电~~~~~~~终于等到了停电，用UPS给原料仓库站点计算机供电，现象还是有~~~~~~~~~~~ 真TMD有鬼了~~~~~~~~~~~~~~~ 再把范围扩大~~~~~~~~~ 2.5公里外有个湖北省广播电台的差转站~~~~~~~，联系他们的停播和差转间隙时间，用上面方法终于找到了干扰源~~~~~~那是一片欢呼~~~~~~~~ 怎么解决呢？ 屏蔽房价格太高~~~~~~~~~也不能够把计算机给做个铁笼子啊~~~~~~也不能够废除该站点啊~~~~~~~~~ [张昌庆]、舒邦正、龚祖华、黄鸣歧、胡建封等同志提出重新做个独立地线，抱着试试看的想法，就动工了，当然地线也是做得非常规范的~~~~~~~~出现半年多的怪现象消失了~~~~~~~~~~ 谨以次文纪念下当年的同事，[张昌庆]同志于92年因脑血管畸形离开了我们，40多岁英年早逝，93年元月我结婚时，其夫人邬子运女士送来贺礼~~~~~~~~回到苏州老家~~~~~当年和[张昌庆]同志为86KW可控硅调功器一些技术探讨仍然记忆犹新~~~~~~~

xmznt

接地要求为1.5Ω,而实测为4.5Ω，经常将证券信息丢失，使股市无法正常运行，当接地极改造为地网后接地电阻值为0.5Ω,就再没有发生过信息链丢失的情况.接地故致重要!!

tianxu_unison

大家能否说清楚其原理~~~~希望这里能够聚集一批对技术有兴趣的技术型工程/……人员~~