一、基本背景介紹
  RS485作為目前行業(yè)內(nèi)最為最常用的串行差分通訊方式之一，采用平衡發(fā)送，差分接收的方式，因此具有抑制共模干擾的能力，由于其具有通訊距離長（1200m以上），傳輸速率高（10Mbps），高的信噪比，控制方便，成本低，可以在一個單獨(dú)的總線上實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)以及能夠使用的收發(fā)器品種多等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來越得到用戶的肯定。
但是伴隨著使用頻率的增高，其遇到的問題也日益增加。由于RS485通訊傳輸線通常暴露于戶外，日常生活中雷電和靜電干擾已經(jīng)成為RS485通信總線在實(shí)際工程經(jīng)常遇到的問題，RS485收發(fā)器的工作電壓較低，只有5V，元器件本身的耐壓也較低，通常只有－7V～＋12V，因此雷電等引入的過電壓通常能夠瞬間損壞RS485收發(fā)器，對通信系統(tǒng)造成遭到嚴(yán)重的毀壞；此外，靜電電磁干擾也嚴(yán)重地影響通信總線的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。
故如何對RS485芯片以及傳輸總線進(jìn)行有效的保護(hù)，是擺在每一個使用者面前的一個問題。在這里，我們將針對RS485通訊中的防雷保護(hù)及方案、元器件選型等做一個比較詳細(xì)的討論。
 
二、RS485通訊保護(hù)方案
A.原理圖

 
以上為RS485總線的兩級防護(hù)原理圖。當(dāng)雷擊發(fā)生時，感應(yīng)過電壓通過傳輸線由左端引入，G1~G3組成的GDT做一級防護(hù)，此時過電壓被大大削弱到數(shù)百伏左右，整個回路由于GDT的導(dǎo)通呈現(xiàn)較大的電流，導(dǎo)致PPTC立刻動作，將整個回路的電流限制在允許的范圍以內(nèi)；TVS1~TVS2做為二次限壓，使到后端電路的電壓被箝制在8V左右，從而實(shí)現(xiàn)對后端電路的保護(hù)。
B.保護(hù)等級
可通過IEC61000-4-5,4級標(biāo)準(zhǔn):
1.2/50us 4KV
10/700us 6KV
8/20us 2KA
 
C.器件選擇
GDT: ××××
PPTC: WH250-120/145
TVS: ××××
 
D.器件選型說明
氣體放電管GDT: 直流擊穿電壓大于線路中的正常工作電壓，放電管允許的通過電流超過或等于設(shè)計(jì)通過的最大電流即可。
自恢復(fù)保險絲PPTC：PPTC的最大額定工作電壓應(yīng)大于電路正常最大工作電壓。Ih保持電流應(yīng)大于最大工作電流，It動作電流應(yīng)小于線路的最大可承受電流。
瞬態(tài)抑制二極管TVS：通用信號傳輸線上TVS的擊穿電壓VBR應(yīng)高于信號線上傳輸?shù)男盘栯妷?在此前提下, VBR應(yīng)盡可能選得低一些,較低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保護(hù),并且具有較大的通流容量。
 
四、各種器件的選擇依據(jù)
GDT的選擇首先考慮其耐壓耐流能力。TVS選擇根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定，一般略高于芯片最高工作電壓。
 
保險絲可選擇限流效果最好的PPTC，即：可恢復(fù)保險絲，可采用出廠阻值1.35~6.5歐姆左右，不動作電流為100~200mA的可恢復(fù)保險絲，PPTC由于其特殊的工藝，決定其在回路流過正常的工作電流時，其呈現(xiàn)很低的阻值，可以視為一顆導(dǎo)線，當(dāng)回路流過的電流達(dá)到正常工作電流的2倍會以上時，其內(nèi)部集聚的熱量導(dǎo)致阻值將迅速跳變呈現(xiàn)數(shù)十K歐姆或更大的阻值，進(jìn)而限制了整個回路的電流在一個極其小的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的有效保護(hù)，當(dāng)斷開電源，PPTC的因?yàn)檫^流而產(chǎn)生熱量散發(fā)后，又會在大約1分鐘左右自動恢復(fù)到出廠的低阻值。
深圳市萬瑞和電子有限公司作為行業(yè)內(nèi)知名的可恢復(fù)保險絲的專業(yè)生產(chǎn)廠家，在此行業(yè)有10余年的經(jīng)營歷史，為了解決行業(yè)內(nèi)防雷的技術(shù)難題，專門針對防雷保護(hù)的特點(diǎn)，研制了特殊的生產(chǎn)配方，制定了生產(chǎn)工藝，并對產(chǎn)品做了專門的雷擊測試，確保雷擊發(fā)生時，PPTC不會產(chǎn)生開裂、燒焦等破壞，但又可有效地限制GDT、TVS等在雷擊動作后產(chǎn)生的大電流，從而達(dá)到保護(hù)RS485芯片和整個通訊線路的目的。
 
五、過壓防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)
IEC61000-4-5，ITU-T
K20/K21及國標(biāo)GB9043均有關(guān)于雷擊浪涌抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)。其通信線路的最高測試標(biāo)準(zhǔn)為10/700us,4KV。