工业级 DTU 无线数传电台 RS485/RS232 端口保护设计 RS232 端口的保护 1.RS232 口是在通讯当中经常使用的端口,一般进行数据的传 输距离不能超过 15 米,而且常常是带电进行插拔操作,这样多次 操作金辉引起端口接收到一个过电压和过电流的冲击,造成芯片、 设备的损坏,以至于生产成本的,生产周期的增加。RS232 端口的 保护是必须的 。 2.RS232 的接口芯片输出电压一般为±9V,不会超过±12V。 因此对接口收发信号线可采用双向瞬态抑制二极管 BS0150MS,使 用一个 100 欧姆的电阻来作限流电阻,如图所示,为了保证电阻不 被烧毁应该选择电阻的功率在 1/4W 以上。 RS485 接口保护电路 1.雷击过压防护的必要性: RS485 总线能够实现 1200 米以上的远距离传输,在实际使用 中线路通常都是在室外,一次在雷雨天气容易引起电压过大,以至 于芯片的烧毁。通常 RS485 芯片的工作电压在 5V 左右,芯片的耐 压值在-7~+12V,如果过压被引入,芯片就会被击穿而导致损坏。 如果有强烈的浪涌能量出现时,有可能会导致器件的爆裂,PCB 电 路板被烧毁。 2.防护方法及原理图: 如图所示是 RS485 端口的两级防护电路图。当器件被雷击时, 引起的过电压就会由两端引入到电路中, 那么我们的 GDT 就是做 一级的保护,此时过电压就会被消减到你几百伏左右,再经过 PPTC 限浪,TVS 就是二次限压保护,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/ TVS3 做共模保护, TVS1 做差模保护。 我们有一个过压防护的标准: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 10ms , 下降至峰值 的一半为 700μS。 雷击浪涌的防护首先要使用一个比较优质的防护元件,PCB 电 路板的设计要合理,最重要的一个接地。经常都是要求直接使用一 个 10 欧姆左右的电阻直接接入大地。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。 我们不能为了降低成本及体积,只采用一级防护。因为能承受 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。 我们可以看看 RS232,RS422 的防护与 RS485 的区别。 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。如 RS232 最大工作电压为 15V, 则 TVS 选择为 P6KE18CA 或贴片 SMBJ15CA,RS422 最大工作 电压为 12V,则 TVS 选择为 P6KE15CA 或贴片 SMBJ12CA 485 接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成, 产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂,所以 EIA-485 标准要 求将各个 RS485 接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证 各节点的地电位相等,消除地线环流。 当带电插拔未隔离的连接电缆时,由于两端电位不相等电 路中又存在诸多电感、电容之类的器件,插拔瞬间必然产生瞬态过 电压或过电流。 连接在 RS485 总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电 流同样会流入,总线上连接的设备站点数越多,产生瞬态过电压的 因素也越多。 当通信线路较长或有室外架空线时,雷电必然会在线路上 造成过电压,其能量往往是巨大的 。 解决办法: 1.应将瞬态抑制二极管靠近接口,限流(匹配)电阻靠近芯片。 2.选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施 完善的高挡次 RS485 芯片。 3.采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件 TVS 或陶瓷浪涌吸收器,如 LT-BS0080MS 的 ,2KV 10/700uS, 宽频优化保护器 LT-B3D420L 则可抗击 5KA 以上大电流冲击。

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