【选型】RS485通信口实现共模4KV，差模2KV防护设计如何选型？

时间： 2020-12-24 来源：世强

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本文将分享笔者对RS485通信口实现共模4KV，差模2KV（IEC61000-4-5 Level 4）的防护设计，已经于近期完成并通过测试。在该设计中，笔者选用了LITTELFUSE的系列防护器件，包含GDT（气体放电管）、PTC（自恢复保险丝）、TVS（瞬态电压抑制二极管）。

由于本案例应用产品部署在户外，其外部连接的RS485端口会暴露在雷击浪涌的环境下，客户要求必须能满足IEC61000-4-5 Level 4的标准，故笔者根据此要求进行设计。在雷击浪涌防护电路设计中，我们需要对防护对象分成两类进行设计，一类是电源端口，一类是信号端口，两者在防护设计构成上会略有不同，本文是对信号端口类进行防护设计。

对于信号线防护，需要考虑防护器件对信号的影响。其中，最为重要的参数为器件的结电容，会影响到信号波形，造成信号畸变。所以，在该类防护电路设计中，拥有很高结电容参数的器件——压敏电阻，就不适合应用。本文中拟用的防护电路构造为前级防护+中间退耦+后级防护的形式。

Littelfuse作为防护器件行业领先品牌，产品品质有保障，性价比高，笔者公司也有很多项目采用的力特产品，故本项目继续沿用。

在进行GDT的选型时，需要考虑直流击穿电压和通流量。因直流击穿电压必须要高于系统最高工作电压，避免常态会误触发，但是较低的击穿电压可以保证更快响应且后端电路残压更低。SL1003A系列GDT器件的结电容仅为1.5pF，且可提供最大10KA的通流量，针对本文应用可以可靠地进行泄放。通流量可达10KA，在10/1000us@200A的波形下拥有300次的寿命，足够保证在需要等级下测试的可靠。该对485线同时为RS232复用线对，RS232的最高电平可达15V，SL1003A系列中最接近的型号为SL1003A090，故选用SL1003A090较为合适。

而TVS的选型需要注意反向隔离电压，在本应用中，该对485线同时为RS232复用线对，RS232的最高电平可达15V，故为了不让器件在常态被误触发，需留有一定余量。SMBJ系列的TVS器件峰值功率可达600W，响应时间小至1ps，且反向泄露电流不大于1uA@VBR>12V。保证常态低电流损耗外，还可迅速响应和保护后端电路。故根据具体需求选用反向隔离电压为16V的SMBJ16CA。

因为本应用电路在常态电流较小（不大于10mA），为了加快整体电路响应速度，采用触发电流为0.3A的PTC较为合适，故PTC选用1812L010。

综合考虑需要同时防护共模和差模干扰，所以后端防护形式采用三点式TVS管接法，得出如下电路：

本文提及的电路在实际应用中，除了要注意器件选型外，还要注意电路通路设计，需要确保雷击浪涌信号先经过前级防护（大通流量器件）再到后级防护（快速响应器件），最后才到被保护电路。同时，还需要保证大地平面的连续和尽可能大面积，尽量避免换层，若面积有限可考虑增大铜厚参数来弥补面积不足的问题。

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产品型号	品类	厂牌	Reverse Stand off Voltage V-R (Volts)	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MIN	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MAX	Test Current I-T (mA)	Maximum Clamping Voltage V-C @ I-PP (V)	Maximum Peak Pulse Current I-PP (A)	Maximum Reverse Leakage I-R @ V-R (µA)
SMBJ5.0A-HRA	TVS Diode	LITTELFUSE	5	6.4	7	10	9.2	65.3	800

选型表 - LITTELFUSE 立即选型

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2017-10-10 - 技术问答

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