【技术大神】不容忽视的保护——TVS管在通讯信号传输中的应用

时间： 2019-09-02 来源：技术大神活动文章

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“OK，通讯正常了，RS485通讯线上杂乱的数据没有了！”
“好的，收工。”

这是我们在做一个应用项目时，调试RS485通讯过程中的对话。事情是这样的，该项目在进入联调联试阶段的三天前，之前单机调试均正常的通讯突然就不行了，而区别“仅仅”是连接了一台高频逆变器。

作为项目负责人，笔者赶紧并联了一个RS485通讯接收设备，监听通讯线上的数据。结果显示在正常数据周围出现了大量杂乱的数据，导致接收端无法正确识别数据帧。到底哪里传递过来的干扰？难道真的是因为增加了一个高频逆变器就带来了这么大的影响？必须先找到它。

图1：通讯模块的设计原理图

笔者查看了通讯模块的设计原理图，首先考虑了RS485芯片的电源稳定性，因此在RS485芯片电源又并联了一个16uF的钽电容，但是故障依旧。之后，又尝试了在A、B两信号线间串联10欧小电阻，添加共模线圈、滤波电容，调整终端电阻等方法都没有效果。就在百思不得其解的时候，我突然想到一个新方法，于是递给了我的助手两个小器件，让他焊到测试板上，再测试联机通讯调试。这回通讯终于恢复正常，也就出现了本文开头的对话。

我的助手非常惊讶这个小器件带来的效果，不断追问我这个器件是什么？我在这里揭晓这个神奇器件——它就是LITTELFUSE的瞬态抑制二极管（TVS）SMA6J5.0A。

首先，我们来看下TVS的工作原理。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件，当它的两极受到反向瞬间高能量冲击时，它能以极快的速度，使两极间的电压钳位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件与通讯线路中的数据免受各种浪涌脉冲的损坏。RS485信号线A、B上的差分电压承受能力一般在13v左右，但在本次应用中，RS485信号线上充斥着大量干扰波，有的干扰甚至高达18V，导致通讯异常现象的发生。添加SMA6J5.0A后，由于TVS的瞬间吸收的作用，将干扰尖峰成功滤除，保证了RS485芯片的正常工作，所以数据也就恢复了正常。神奇吧！

其次，再来看TVS如何选型。在选用TVS时，必须考虑电路的具体情况，也有一些一般原则可以遵循，我们以本次RS485通讯为例进行说明：
1）最大钳位电压不大于电路的最大允许安全电压。如笔者方案中RS485通讯一般为3v电压，最大不能超过15v电压，所以选择12v的SMA6J5.0A是最理想的。

2）最大反向工作电压VRWM不低于电路的最大工作电压，一般可以选VRWM等于或略高于电路最大工作电压。SMA6J5.0A芯片能承受为9.3v，而通讯线上差分电压一般为3v，所以满足条件。

3）额定的最大脉冲功率，必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。这个通讯上面的干扰还是比较弱的，SMA6J5.0A功率为900W，轻松达到要求。

最后看如何应用TVS？ TVS可以用于交流电路，也可以用于直流电路。应用起来相对简单，笔者将本次测试后的电路设计分享给大家，是不是一目了然了。

图2：电路设计图

Littelfuse TVS是通讯线路保护上的重要一环，平时也许看不见它的作用，但是在电磁环境有较强干扰时，其作用便突显出来，尤其是像我们产品的应用环境不定的情况下，Littelfuse TVS让我们的产品在绝大多数时间下均能表现出来优异的稳定性。因此，为了保证可靠性的前提，即使略增加点小成本，也强烈建议大家使用Littelfuse高性能的TVS，避免我们项目出现费时费力又失败的设计。

作者：lemonboard

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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 Vᴄ @ Iᴘᴘ (V)	Maximum Peak Pulse Current Iᴘᴘ (A)	Maximum Reverse Leakage Iʀ @ Vʀ (µA)
SMA6J5.0A	TVS Diodes	LITTELFUSE	5	6.4	7	10	9.2	66	800