【技术大神】基于气体放电管和TVS的通讯管理机三级防护

时间： 2018-03-16 来源：世强作者：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TVS管5.0SMDJ12A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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产品型号

品类

厂牌

Reverse Stand off Voltage Vʀ (Volts)

Breakdown Voltage Vʙʀ (Volts) @ Iᴛ Min

Breakdown Voltage Vʙʀ (Volts) @ Iᴛ Max

Test Current Iᴛ (mA)

Maximum Clamping Voltage VC @ Iᴘᴘ (10/1000μs) (V)

Maximum Peak Pulse Current Iᴘᴘ (10/1000μs) (A)

Maximum Clamping Voltage Vᴄ @ Iᴘᴘ (8/20μs) (V)

Maximum Peak Pulse Current Iᴘᴘ (8/20μs) (A)

Maximum Reverse Leakage Iʀ @ Vʀ (µA)

Maximum Temperature coefficient of Vʙʀ (%/C)

选型表 - LITTELFUSE 立即选型

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Littelfuse（力特） GTCX35-XXXM-R05 气体放电管数据手册

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2017年01月23日 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

SG系列气体放电管

Littelfuse SG系列气体放电管（GDT）提供高浪涌额定值，尺寸小巧（4.5x3.2x2.7mm），适用于表面贴装。该系列产品具有低插入损耗，电容不随电压变化，适合宽带设备应用。产品具备良好的稳定性，可承受1000A脉冲而不损坏。

LITTELFUSE - 气体放电管,GAS DISCHARGE TUBES,SG350,SG230,SG150,SG600Q,SG200,SG420,SG90,SG300,SGXXXQ,SG300Q,SG420Q,SG SERIES,SG400,SG500Q,SG,SG75,SG350Q,SG450Q,SGXXX,COMMUNICATION EQUIPMENT,POWER SUPPLIES,TELECOM SLIC PROTECTION,XDSL设备,SATELLITE AND CATV EQUIPMENT,试验设备,卫星和有线电视设备,有线电视设备,数据行,CATV EQUIPMENT,ADSL设备,电信SLIC保护,GENERAL TELECOM EQUIPMENT,XDSL EQUIPMENT,通用电信设备,通信设备,宽带设备,电源,BROADBAND EQUIPMENT,DATA LINES,ADSL EQUIPMENT,TEST EQUIPMENT

08/26/20 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

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

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。

LITTELFUSE - 气体放电管,GAS DISCHARGE TUBES,保护器件,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,XDSL设备,卫星和有线电视设备,消费电子,SATELLITE AND CATV EQUIPMENT,ADSL设备,GENERAL TELECOM EQUIPMENT,XDSL EQUIPMENT,通信设备,通用电信设备,工业电子,宽带设备,BROADBAND EQUIPMENT,ADSL EQUIPMENT,汽车电子

2017年08月15日 - 数据手册 - Revised: 11/23/16 代理服务技术支持采购服务

Littelfuse（力特）气体放电管（GDTs）数据手册

LITTELFUSE - 气体放电管,保护器件,GAS DISCHARGE TUBES (GDTS),GTCR37-401M-R10,GTCN28-750M-R05,GTCS23-231M-R01-2,GTCA28-231L-R05,GTCN35-471M-R05,GTCS36-551M-R05-2,GTCS36-351M-R10-2,GTCS25-201M-R02,GTCA25-261M-R02,GTCS26-231M-R05,GTCS25-601M-R02,GTCC23-141M-R01,GTCS28-421M-R10-2,GTCS36-501M-R10-2,GTCS38-421M-R10-2,GTCS26-231M-R05-2,GTCS35-261M-R05,GTCN37-351M-R10,GTCS36-231M-R05-2,GTCT35-141M-R05,GTCN25-141M-R02,GTCS26-551M-R05-2,GTCC23-231M-R01-2,GTCS26-501M-R05,GTCS38-601M-R10-2,GTCN38-601M-R10,GTCN38-201M-R10,GTCS36-201M-R05-2,GTCS26-201M-R05-2,GTCR37-261M-R10-FS,GTCS28-601M-R10-2,GTCS35-401M-R05,GTCA38-401M-R10-FS2,GTCS28-301M-R20,GTCN28-750M-R10,GTCR37-750M-R10,GTCA35-201M-R05,GTCA35-900M-R05,GTCS36-261M-R05-2,GTCN35-551M-R05,GTCR37-421M-R10-FS,GTCN28-401M-R10,GTCA35-601M-R05,GTCS26-261M-R05-2,GTCS23-750M-R01,GTCN25-900M-R02,GTCS23-201M-R01-2,GTCN38-900M-R10,GTCA35-141M-R05,GTCN35-151M-R05,GTCA35-551M-R05-FT,GTCN28-750M-R20,GTCA25-401M-R02,GTCA38-401M-R10,GTCN28-801M-R05,GTCS28-750M-R05,GTCA36-231M-R05,GTCA25-471M-R02,GTCN28-401M-R05,GTCX35-XXXM-R05,GTCS38-231M-R10,GTCN38-251M-R10,GTCR37-261M-R10,GTCS26-151M-R05,GTCS26-551M-R05,GTCA35-351M-R05,GTCS38-501M-R10,GTCR37-471M-R10,GTCA28-900M-R10,GTCN26-201M-R05,GTCN26-501M-R05,GTCA38-261M-R10,GTCS38-201M-R10,GTCR37-501M-R10-FS,GTCS25-141M-R02,GTCA26-351M-R05,GTCC23-201M-R01,GTCA28-231M-R10,GTCA28-231M-R05,GTCS28-351M-R10,GTCN28-261M-R20,GTCN35-401M-R05,GTCS36-141M-R10-2,GTCR37-471M-R10-FS,GTCA28-900M-R20,GTCT35-900M-R05,GTCT35-351M-R05,GTCN25-601M-R02,GTCS35-471M-R05,GTCA35-351M-R05-FT,GTCS36-421M-R10-2,GTCA28-231M-R20,GTCS28-351M-R05,GTCS28-351M-R20-2,GTCS36-151M-R05-2,GTCC23-351M-R01,GTCA28-601M-R10,GTCS28-401M-R05,GTCA36-501M-R05,GTCS28-501M-R10-2,GTCT35-601M-R05,GTCN37-900M-R10,GTCS35-151M-R05,GTCS36-301M-R05-2,GTCS26-251M-R05,GTCS23-750M-R01-2,GTCN25-351M-R02,GTCS36-301M-R05,GTCA28-251M-R10,GTCA36-421M-R05,GTCS35-750M-R05,GTCS36-601M-R10-2,GTCA28-302M-R03,GTCN28-301M-R10,GTCN35-421M-R05,GTCN26-151M-R05,GTCA28-242M-R03,GTCN37-301M-R10,GTCA26-401M-R05,GTCC23-201M-R01-2,GTCN28-261M-R05,GTCN36-750M-R10,GTCA28-601M-R05,GTCS28-401M-R10,GTCS38-421M-R10,GTCA28-251M-R05,GTCX36-XXXM-R05,GTCA28-251M-R20,GTCS23-301M-R01,GTCS36-261M-R05,GTCS35-501M-R05,GTCA36-151M-R05,GTCA25-551M-R02,GTCA28-900M-R05,GTCN37-251M-R10,GTCN28-301M-R20,GTCS26-471M-R05,GTCS36-900M-R05-2,GTCS38-151M-R10,GTCN36-750M-R05,GTCN38-231M-R10-FT,GTCN28-551M-R05,GTCA36-201M-R05,GTCN26-141M-R05,GTCN26-421M-R05,GTCS28-351M-R20,GTCN28-261M-R10,GTCS36-301M-R10,GTCX36-XXXM-R10,GTCN36-231M-R10-FT,GTCA36-141M-R05,GTCS38-231M-R10-2,GTCS28-141M-R05,GTCA28-141M-R20,GTCS35-231M-R05,GTCS36-421M-R05-2,GTCS25-301M-R02,GTCR36-351M-R10-FT,GTCN36-421M-R05,GTCN28-351M-R10,GTCR37-351M-R10-FS,GTCA25-231M-R02,GTCS26-900M-R05,GTCN28-421M-R10,GTCA28-551M-R05,GTCN28-421M-R05,GTCA28-601L-R20,GTCC23-421M-R01-2,GTCS36-251M-R10-2,GTCS36-201M-R10,GTCS36-900M-R10,GTCN36-351M-R05,GTCA28-252M-R03,GTCA28-312L-R03,GTCX26-XXXM-R05,GTCS36-601M-R10,GTCN28-351M-R20,GTCN36-421M-R10,GTCN28-501M-R05,GTCN38-351M-R10,GTCS28-141M-R10,GTCS28-141M-R10-2,GTCN38-551M-R10,GTCA38-141M-R10,GTCA28-551M-R10,GTCS23-151M-R01,GTCN28-471M-R10,GTCN28-501M-R10,GTCN36-351M-R10,GTCR37-551M-R10,GTCA35-301M-R05,GTCN26-351M-R05,GTCS28-261M-R10,GTCS28-201M-R10-2,GTCN37-201M-R10,GTCN37-601M-R10,GTCS38-351M-R10,GTCS38-351M-R10-2,GTCS25-351M-R02,GTCS28-201M-R10,GTCR37-151M-R10,GTCS26-141M-R05,GTCS28-141M-R20,GTCS28-141M-R20-2,GTCA25-301M-R02,GTCA38-301M-R10,GTCT35-251M-R05,GTCN36-301M-R05,GTCS25-231M-R02,GTCS26-601M-R05,GTCN35-750M-R05,GTCS35-421M-R05,GTCT35-301M-R05,GTCN28-471M-R05,GTCS36-471M-R05-2,GTCS28-261M-R20,GTCS36-201M-R10-2,GTCN28-351M-R05,GTCR37-900M-R10-FS,GTCS36-750M-R05-2,GTCN38-421M-R10,GTCS26-750M-R05-2,GTCS35-301M-R05,GTCA36-471M-R05,GTCS36-601M-R05-2,GTCS28-201M-R20,GTCS26-201M-R05,GTCA26-750M-R05,GTCN36-261M-R05,GTCN35-601M-R05,GTCN35-501M-R05,GTCA28-201M-R10,GTCN26-301M-R05,GTCA36-601M-R05,GTCC23-301M-R01,GTCS38-301M-R10,GTCA26-551M-R05,GTCN25-750M-R02,GTCA35-251M-R05,GTCR37-141M-R10,GTCC23-XXXM-R01-2,GTCA35-151M-R05,GTCS28-251M-R10,GTCN35-900M-R05,GTCC23-900M-R01-2,GTCN36-401M-R10,GTCN36-301M-R10,GTCA28-362M-R03,GTCA36-900M-R05,GTCS38-401M-R10-2,GTCS36-151M-R05,GTCN26-231M-R05,GTCS26-401M-R05-2,GTCA28-201M-R05,GTCR37-141M-R10-FS,GTCA28-151M-R20,GTCT35-151M-R05,GTCR37-750M-R10-FS,GTCS23-XXXM-R01-2,GTCS23-201M-R01,GTCN38-471M-R10,GTCC23-231M-R01,GTCA28-201M-R20,GTCT35-201M-R05,GTCS23-900M-R01-2,GTCA38-231M-R10,GTCS38-750M-R10-2,GTCN36-261M-R10,GTCR37-551M-R10-FS,GTCN36-401M-R05,GTCA26-601M-R05,GTCS28-251M-R20,GTCS26-151M-R05-2,GTCS35-351M-R05,GTCS28-261M-R05,GTCC23-301M-R01-2,GTCA26-900M-R05,GTCA28-151M-R10,GTCT35-231M-R05,GTCS36-151M-R10,GTCS28-231M-R05,GTCA25-141M-R02,GTCN37-141M-R10,GTCS28-231M-R10,GTCS28-261M-R10-2,GTCN26-251M-R05,GTCA28-402M-R03,GTCS38-251M-R10,GTCS23-141M-R01,GTCS25-251M-R02,GTCS36-141M-R10,GTCS28-301M-R10,GTCA28-151M-R05,GTCA26-471M-R05,GTCS36-201M-R05,GTCA38-201M-R10,GTCS36-551M-R10-2,GTCS23-301M-R01-2,GTCA38-151M-R10,GTCA25-201M-R02,GTCS28-231M-R20,GTCN38-501M-R10,GTCA25-151M-R02,GT,工业电子,消费电子,工业和消费电子.电源，电涌保护器，报警系统，灌溉系统,INDUSTRIAL AND CONSUMER ELECTRONICS - POWER SUPPLIES, SURGE PROTECTORS, ALARM SYSTEMS, IRRIGATION SYSTEMS,电信.中密度纤维板模块，XDSL设备，射频系统，天线，基站,TELECOMMUNICATIONS - MDF MODULES, XDSL EQUIPMENT, RF SYSTEMS, ANTENNA, BASE STATIONS,汽车电子,通信设备

2017年08月15日 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

CG5和SL0902a系列气体放电管

该资料介绍了Littelfuse公司的两种气体放电管系列：CG5和SL0902A。这些器件专为保护电子和通信设备免受瞬态过电压而设计，具有高浪涌额定值、低插入损耗和小型封装等特点。

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11/24/20 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

【产品】全球最小双极单腔气体放电管可为敏感元器件“挡雷电”

Littelfuse公司作为全球领先的电路保护方案供应商，推出的CG6系列气体放电管，浪涌额定值更高，尺寸更小，可保护敏感元器件免受浪涌伤害。

2016-11-19 - 新产品代理服务技术支持采购服务

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 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

【应用】Vrwm为15V！这款保护器件大幅度超出ESD标准

Vrwm为15V，大幅度超出ESD测试标准，具有更强的保护能力，且设计简单。

2019-09-03 - 新应用代理服务技术支持采购服务

【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采购服务

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

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。

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