【技术大神】基于气体放电管和TVS的通讯管理机三级防护

2018-03-16 世强 drwyh
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笔者参与设计的项目——通讯管理机可提供串口转网络功能,能够将RS-232/485/422串口转换成TCP/IP网络接口,实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能,连接网络进行数据通信,极大的扩展串口设备的通信距离。


前光伏电站越来越多,光伏电池板板汇流箱的信息是RS485接口,需要通过串口服务器转换为TCP/IP传到主站,光伏电站一般都安装在户外,沙漠等空地上,环境非恶劣,故RS485端口防护也是异常的重要,需要能够抗击外界雷击,EFT,静电干扰。


根据上述的防护要求,我们的项目设想是RS485需要防护到工业四级的要求。于是我们联系了LITTELFUSE的工程师,他们提出了对应的防护方案,即采用三级防护方案,能够对RS485接口进行静电,EFT,浪涌的防护。通过三级防护的通讯管理机系统框图如图1所示。

 

图1 通讯管理机的系统框图


本方案采用三级防护策略,第一级采用Littelfuse的气体放电管GTCS28-471M-R10-2组成的共差模防护,第二级采用RC电路对干扰的泄放,第三级采用Littelfuse的TVS5.0SMDJ12A对芯片进行差共模防护。


Littelfuse的气体放电管具有稳定可靠,通流能力大,漏电流小的优势;其TVS具有钳位电压小,结电容小,抗静电能力强的优势。所以这两颗料在性能上非常满足我们项目的设计需求。


我们在第一版设计中,不加防护器件,施加干扰的时候,RS485芯片很容易被损坏。后续通过改版,加入了三级防护电路后,系统性能大大的加强,能够通过我们要求的工业四级的抗干扰测试。如图2所示为改版后的RS485防护电路图。


图2 RS485防护电路图


我们在测试时,RS485向网口发送数据,监视通信数据收发情况。测试结果如图3所示,测试样机如图4所示。


测试项目

测试方法

测试结论

静电

空气放电:±15KV

接触放电:±8KV

对机箱面板人手容易接触部分施加指定放电电压,观察收发器的工作状况。

 

 

通过

浪涌

电平:差模±2KV,共模±4KV;

试验脉冲次数:正负各5次;

脉冲间隔时间:30s

施加在电源处,观察收发器的工作状态。

 

通过

EFT

电平:±2KV(电源回路);干扰信号重复频率:5KHZ,

干扰信号持续时间:正负极性各120s

 

通过

图3 RS485防护的以太网测试报告


图4 测试样机


通过该通讯管理机防护设计,笔者也总结了以下在设计时需要注意的要点:

1.防护器件需要放置于接口处,这样干扰进来后能够马上泄放,不至于直接干扰到芯片;

2.选择器件的时候,防护器件的通流量要满足工业四级的要求,不然容易打坏器件;

3.在PCB设计时,需要留足差模、共模之间的安全距离,一般1mm耐压1KV的规则设计。


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Littelfuse(力特) 最专业最齐全的全球领先保护器件

描述- Littelfuse公司简介:全球领先的电路保护企业,提供广泛且尖端的电路保护产品及解决方案。公司成立于1927年,全球拥有7500员工,2014年全球销售额865亿美元,全球分布有35个联络处。公司产品涵盖消费电子产品、汽车、商用车辆和工业设备等多个领域,提供针对不同应用需求的解决方案。 主要产品介绍:Littelfuse提供过流保护器件(保险丝、自恢复保险丝)、过压保护器件(瞬变抑制二极管、压敏电阻、气体放电管、SIDCtor保护晶闸管、聚合物ESD抑制器)、开关型晶闸管、LED保护器、簧片开关和磁簧传感器等。 重点市场及主推型号介绍:涵盖消费/通信、工业汽车等多个市场,提供多种型号的产品以满足不同需求。例如,过流保护器件中的保险丝和自恢复保险丝,过压保护器件中的瞬变抑制二极管和压敏电阻等。

型号- 1.5SMC540CA,SMBJ,1812L,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,SG75,SL1411A600A,PLED 5 QFN,5KP40A,5KP64A,AC,1812L020PR,SMBJ40A,SMBJ17CA,SMBJ64A,1.5SMC200CA,1.5SMC36CA,5KP18CA,1.5SMC13CA,5KP51A,5KP75A,SMBJ160CA,0312005.MXP,0456040.DR,5KP8.5CA,K1500GRP,1812L110/33MR,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,CG3,K2200G,5KP78A,1.5SMC510A,60R110XU,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,5KP30A,CG35.0,5KP54A,SMBJ150CA,MDCG-4,1206L012WR,1206L110WR,1.5SMC8.2CA,SMBJ16CA,1812L150/12DR,5KP70CA,5KP17CA,CG35.0LTR,5KP180CA,CG32.0,K1100GRP,5KP60A,1.5SMC7.5CA,SMBJ170CA,1.5SMC27CA,SMBJ400A,K1200E70,1.5SMC91CA,SMBJ60A,SMBJ15CA,1.5SMC180CA,1.5SMC400A,5KP16CA,1.5SMC15CA,1.5SMC9.1CA,1.5SMC6.8CA,SL1411A800A,SMBJ26CA,SMBJ400CA,1.5SMC300A,60R050X,60R,5KP26CA,SMBJ90CA,1.5SMC300CA,SL1411A800,1.5SMC530CA,60R010XU,SMBJ70A,SMBJ14CA,1.5SMC530A,5KP170CA,60R075X,60R160X,5KP15CA,5KP85A,1.5SMC16CA,1.5SMC39CA,SM24CANA-02HTG,60R090XPR,1.5SMC82CA,SMBJ48CA,60R300X,1.5SMC200A,5KP12A,5KP36A,5KP24A,5KP48A,1.5SMC36A,1.5SMC24A,1.5SMC12A,0452002.,5KP48CA,5KP200CA,1.5SMC510CA,K2200SRP,SMBJ130CA,SM24CANA,5KP6.5CA,5KP90CA,1.5SMC11A,SMBJ13CA,1.5SMC540A,5KP190CA,SMBJ36CA,5KP11A,1.5SMC47A,0456030.ER,1812L075/33DR,5KP14CA,SL1411A,048502.5,SMBJ24CA,1.5SMC440A,1812L050PR,5KP14A,1.5SMC170CA,5KP26A,CG31.5LTR,CG31.5,5KP24CA,SMBJ90A,SMBJ12CA,1.5SMC400CA,1.5SMC550A,SMBJ58CA,5KP13A,SMBJ188CA,1.5SMC13A,SMBJ350CA,0452001.,1.5SMC18CA,5KP8.0CA,5KP13CA,5KP36CA,AC120,SMBJ5.0A,1.5SMC220A,1812L150/24,0312.062MXP,048502.5DR,K2400G,SMBJ180A,1.5SMC16A,312,SL1411A470A,1.5SMC150CA,5KP20A,1206L035YR,045803.5,1206L050/15YR,5KP100CA,SMBJ11CA,1.5SMC100A,V05E17P,SL1411A090,5KP7.5CA,1.5SMC39A,1.5SMC27A,1.5SMC15A,5KP190A,K1500SRP,5KP210CA,K1500E70,0452007.,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,1.5SMC62CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,CG32.0LTR,452,5KP22A,1.5SMC18A,5KP58A,SMBJ170A,SMBJ10CA,456,458,LV ULTRAMOV,K1500,1206L150PR,60R090X,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,K1200G,5KP5.0A,CG31.01,1812L200DR,SMBJ6.0A,1.5SMC110A,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,1206L150THWR,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,5KP11CA,SL1411A350A,1.5SMC160CA,0452005.,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,60R110XMR,SMBJ220CA,1.5SMC250CA,1.5SMC480CA,5KP110CA,60R075XPR,045602.5,SMBJ160A,0456030.,1812L200THPR,5KP6.0CA,1.5SMC51CA,K2200GRP,1.5SMC120A,1.5SMC75A,SMBJ78CA,1.5SMC51A,SG300,1.5SMC350A,60R110X,5KP10CA,SMBJ43CA,5KP170A,SMBJ20CA,1.5SMC9.1A,1812L110,5KP33CA,0458007.DR,SMBJ7.0A,1.5SMC30A,1.5SMC480A,1.5SMC,1206L160ZR,1.5SMC250A,TMOV25SP115E,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SG,SMBJ18A,1812L075/24DR,5KP220CA,1812L010DR,0456040.,1206L200,SMBJ150A,1206L050YR,1.5SMC75CA,60R160XF,0458007.,0452007.MRL,SMBJ6.0CA,1.5SMC130A,5KP160A,K2000F1,SMBJ100CA,1.5SMC7.5A,1.5SMC8.2A,1812L050/30PR,1.5SMC6.8A,5KP78CA,0452001.MRL,0456020.ER,1.5SMC20A,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMBJ30CA,1.5SMC68A,5KP28A,SMBJ28A,1.5SMC56A,5KP6.5A,1812L200,SMBJ188A,K1200,5KP7.0A,SMBJ8.0A,1.5SMC30CA,1.5SMC43A,5KP150A,SMBJ440CA,5KP54CA,SMBJ64CA,60R300XF,5KP15A,K2400,SMBJ17A,1812L300MR,1.5SMC350CA,1206L110,SMBJ250A,SMBJ120CA,1.5SMC43CA,5KP8.0A,1.5SMC20CA,1.5SMC22A,1.5SMC10A,5KP250A,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,SMBJ26A,5KP18A,1812L300,0456020.,SMBJ110CA,0458001.,SMBJ7.0CA,K1100,SMBJ130A,1.5SMC130CA,0312002.MXP,SL1411A470,SL1411A350,1206L016,SMBJ7.5A,1.5SMC33A,5KP120CA,1.5SMC150A,SMBJ40CA,5KP30CA,SMBJ15A,5KP17A,1206L012,1206L075/13.2WR,K1500G,SMBJ9.0A,045803.5DR,0312035.MXP,SMBJ12A,SMBJ51CA,60R185X,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMBJ48A,0452002.MRL,MDSR-10,SMBJ350A,1.5SMC110CA,SMBJ120A,1.5SMC91A,TMOV25S,SMBJ6.5CA,60R030XU,5KP130A,0312002.,1.5SMC160A,5KP75CA,1206L150,SMBJ13A,SMBJ85CA,K2200,1206L035,5KP7.5A,0456025.,1812L075,5KP250CA,SMBJ8.0CA,K2400SRP,1.5SMC22CA,SMBJ8.5A,0452005.MRL,5KP130CA,1.5SMC82A,60R030X,1206L160,SMBJ22A,60R250XF,5KP85CA,SMBJ58A,K2400E70,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,1.5SMC68CA,SL1411A600,SMBJ300CA,1.5SMC170A,1.5SMC33CA,1.5SMC10CA,1206L075THYR,5KP9.0A,5KP120A,1206L016WR,SMBJ10A,1206L050,1812L050,0456025.ER,5KP51CA,SMBJ11A,0312005.,SMBJ220A,SMBJ180CA,1.5SMC56CA,1.5SMC120CA,KXXXZY,1206L,K2000E70RP3,SMBJ43A,5KP220A,SMBJ7.5CA,1.5SMC440CA,60R250X,0458001.DR,SMBJ100A,1.5SMC550CA,1.5SMC180A,1.5SMC11CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,K2000,SMBJ9.0CA,1206L200PR,SMBJ60CA,0458001.DRA,1.5SMC100CA,1206L075,1812L150,SMBJ440A,5KP90A,0312035.,1.5SMC62A,SMBJ200CA,5KP210A,SM24CANA-02,SMBJ78A,60R010X,5KP60CA,60R050XPR,1.5SMC47CA,1.5SMC24CA,1812L020,60R185XF,SL1411A090C,0312.062,SMBJ30A,SMBJ18CA,1.5SMC220CA,5KP100A,SMBJ54A,0312.187,1812L110/16DR,SMBJ200A,1.5SMC12CA,1812L010

2016年01月01日  - LITTELFUSE  - 培训文档-商品应用及供应商介绍 代理服务 技术支持 批量订货

防雷设计中气体放电管主要作用是什么?

(1)气体放电管主要用于防雷设计的电气前端,他具有击穿电压高,电流通量大(一般可以到几百到几千安),钳位电压高的特点。 (2)一般后面都配合有MOV和TVS一起做浪涌吸收。

2017-10-10 -  技术问答

【产品】Littelfuse符合UL和CSA认证的LRU系列保险丝减压器,适用于通信设备、工业电子、汽车电子等

Littelfuse推出的LRU系列保险丝减压器,允许将较小尺寸的保险丝安装到现有的保险丝夹中,以防止过度熔断,广泛应用于通信设备、工业电子、汽车电子、消费电子等领域。

2019-03-28 -  新产品 代理服务 技术支持 批量订货

防雷设计中气体放电管主要作用是什么?

(1)气体放电管主要用于防雷设计的电气前端,他具有击穿电压高,电流通量大(一般可以到几百到几千安),钳位电压高的特点。 (2)一般后面都配合有MOV和TVS一起做浪涌吸收。

2017-10-10 -  技术问答

Littelfuse(力特) SL1011A/SL1411A系列气体放电管数据手册

描述- 该资料介绍了两款气体放电管(GDT)产品——SL1011A和SL1411A。这两款产品主要用于保护电路免受快速上升瞬态电压的影响,通常由雷击等干扰引起。它们具有低电容、高浪涌电流承受能力等特点,适用于宽带设备、卫星和CATV设备、ADSL设备和通用电信设备等领域。

型号- SL1011A075A,SL1411A,SL1411A800A,SL1011A150,SL1011A600A,SL1411A600A,SL1011A230,SL1011A075,SL1011A350,SL1011A470,SL1011A250,SL1011AXXXX,SL1411AXXXXX,SL1411A470A,SL1011A470A,SL1411A600,SL1411A800,SL1411A090C,SL1411A470,SL1411A250,SL1411A350,SL1411A075,SL1411A230,SL1411A150,SL1011A090,SL1411A090,SL1011A260,SL1011A,SL1011A145,SL1411A350A,SL1011A600,SL1011A500

2017年08月15日  - LITTELFUSE  - 数据手册  - Revised: 11/23/16 代理服务 技术支持 批量订货

Littelfuse(力特) GTCX25-XXXM-R02 气体放电管 数据手册

描述- 该资料介绍了Littelfuse公司生产的GTCX25-XXXM-R02系列陶瓷气体放电管(GDT)。这些器件用于保护电信设备免受雷击和开关操作引起的瞬态过电压损害。它们具有高浪涌保护能力、低电容和多档位断弧电压,适用于主配线架模块、高速率电信应用(如ADSL、VDSL)以及电力线路上的浪涌保护。

型号- GTCX25-231M-R02,GTCX25-XXXM-R02,GTCS25-141M-R02,GTCN25-750M-R02,GTCS25-201M-R02,GTCA25-261M-R02,GTCS25-301M-R02,GTCS25-401M-R02,GTCS25-501M-R02,GTCS25-601M-R02,GTCX25-900M-R02,GTCX25-201M-R02,GTCX25-301M-R02,GTCA25-231M-R02,GTCN25-141M-R02,GTCX25-601M-R02,GTCX25-501M-R02,GTCX25-401M-R02,GTCS25-471M-R02,GTCN25-601M-R02,GTCA25-251M-R02,GTCA25-900M-R02,GTCA25-XXXM-R02,GTCN25-471M-R02,GTCX25-421M-R02,GTCX25-261M-R02,GTCA25-421M-R02,GTCN25-201M-R02,GTCN25-401M-R02,GTCS25-750M-R02,GTCN25-551M-R02,GTCA25-141M-R02,GTCX25-141M-R02,GTCN25-151M-R02,GTCN25-351M-R02,GTCS25-421M-R02,GTCX25-750M-R02,GTCN25-231M-R02,GTCX25-551M-R02,GTCN25-900M-R02,GTCA25-750M-R02,GTCS25-251M-R02,GTCS25-351M-R02,GTCS25-551M-R02,GTCX25-351M-R02,GTCN25-XXXM-R02,GTCX25-251M-R02,GTCN25-261M-R02,GTCX25-151M-R02,GTCA25-301M-R02,GTCA25-401M-R02,GTCA25-501M-R02,GTCA25-601M-R02,GTCS25-231M-R02,GTCA25-201M-R02,GTCN25-421M-R02,GTCA25-151M-R02,GTCA25-351M-R02,GTCA25-551M-R02,GTCX25-471M-R02,GTCS25-151M-R02,GTCS25-261M-R02,GTCA25-471M-R02,GTCS25-XXXM-R02,GTCN25-301M-R02,GTCS25-900M-R02,GTCN25-501M-R02,GTCN25-251M-R02

LITTELFUSE  - 数据手册 代理服务 技术支持 批量订货

Littelfuse(力特) RXEF040 PTC过流保护器件 数据手册

描述- 本资料介绍了PolySwitch® RXEF040过电流保护器件的规格和应用。该产品由Littelfuse公司生产,具有72伏最大电压和40安培最大电流的电气额定值。它采用耐火焰环氧聚合物绝缘材料,符合UL94 V-0标准,并使用镀锡铜包钢引线。

型号- RXEF,RXEF040,RXEF040-2,RXEF040-AP,RXEF040S

2017年02月03日  - LITTELFUSE  - 数据手册 代理服务 技术支持 批量订货

【产品】超低插损的气体放电管,专为小尺寸PCB表面贴装而设计

SG系列气体放电管采用微型封装,具有高额定浪涌,尤其适用于宽带设备。

2017-09-03 -  新产品 代理服务 技术支持 批量订货

SL1021A/SL1021B系列气体放电管数据手册

描述- 本资料介绍了Littelfuse公司的气体放电管(GDT)电路保护器件,适用于电信和网络设备的过电压保护。这些器件能够在受限等离子体气体内安全地消耗电涌能量,用于防止雷击和设备开关操作可能造成的损害。

型号- SL1021A145,SL1021A200,SL1021A420,SL1021A300,SL1021A090C,SL1021A400,SL1021A500,SL1021B090R,SL1021A600,SL1021B150,SL1021B250,SL1021A260,SL1021B075,SL1021B350,SL1021B230,SL1021B450,SL1021B090C,SL1021A090,SL1021XXXXXXX,SL1021,SL1021B300,SL1021B400,SL1021B500,SL1021B260,SL1021A150,SL1021A250,SL1021A350,SL1021A230,SL1021A450,SL1021B145,SL1021B420,SL1021B090,SL1021A,SL1021B,PMT8XXXXX

2015年06月11日  - LITTELFUSE  - 数据手册  - 11/06/15 代理服务 技术支持 批量订货
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品牌:LITTELFUSE

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品类:TVS Diode

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品牌:扬杰科技

品类:瞬态抑制二极管

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品类:Gas Discharge Tubes

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高精密零件加工/五金零配件加工/CNC加工服务

加工精度:精密平面磨床正负0.002;铣床正负0.02,ZNC放电正负0.01。CNC加工材料:铝、钢、聚合物等材料。专注于半导体行业、医疗器械、汽车行业、新能源行业、信息技术行业零部件加工。

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可自由定制电池形状,锂离子聚合物/磷酸铁锂成分,放电倍率Max. 50C (持续放电倍率) / 150C (脉冲放电倍率),充电倍率:Max. 5,厚度可达0.5mm。

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