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RS-485在多功能电能表中的防雷电路设计

2014-12-15 10:34
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   智能电表系统已经广泛地应用到工业和生活的领域。在电表中使用自动抄表技术通过通信端口读取数据,而且大部分情况采用远程读数方式。对于电表应用来说既安全又节省了时间和金钱。实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠。由于RS-485标准具有长距离传输(1200米以上),最大传输数率可以达到10Mbps,且高信号噪声印制。同时,RS-485电路具有控制方便,成本低等优点,使多点连接成为可能。因此,RS-485成为智能电表的标准通信接口。但RS-485口传输线通常暴露于户外,因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS-485收发器工作电压较低(5V左右),其本身耐压也非常低(-7V~+12V),一旦过压引入,就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时,甚至可以看到收发器爆裂,线路板焦糊的现象。因此防雷击保护成为RS-485接口设计必须要考虑的。

  通常,如图1所画,使用PPTC和TVS作为RS-485的防雷击保护。

  RS-485在多功能电能表中的防雷电路设计

  当雷击发生时,感应过电压由A/B线引入,经过PPTC,然后GDT作为初级共模防护,通常GDT可以承受10KA(8x20us)浪涌冲击。之后残压已经大大降低到1KV以下,然后TVS作为二级保护进行共模/差模保护,到收发器的电压被钳制在12V以下,同时,通过A/B线上的上拉电压可以保证A/B线上的电压保持在高电平。而实现对收发器的浪涌保护。通常,对于4KV以下过电压,可以省去初级保护—--GDT。单用TVS就能实现浪涌保护的要求。当RS-485总线与电力线(例如220VAC)搭接短路时。A/B线上的PPTC可以提供短路保护。

  但这种传统方式有问题需要考虑:

  1:GDT浪涌击穿电压较高,这就意味着后面的电阻值比较大。这可能会影响传输距离减少。2:TVS的漏电流较高,以SMBJ6.0CA来讲大致在800uA左右。这样会影响点对点通讯的可靠性。3:PPTC的响应速度较慢,因此在电力塔接时,可能会造成TVS被交流击穿

  TVS是半导体保护器件,具有响应速度快,可靠性高的优点。但它是Clamping保护模式。其残压会比较高而我们的Sidactor作为半导体器件同样具有响应速度快,可靠性高的优点。但它是Crowbar保护模式。其导通以后保持电压低,同时还具有抗浪涌能力强,耐搭接能力强特点。

  因此,请看图3,使用Sidactor的RS-485的保护方案。

  RS-485在多功能电能表中的防雷电路设计

  当雷击发生时,Sidacto P0080作为共模/差模防护,通常Sidactor可以承受800A(8x20us)浪涌冲击。到收发器的电压被保制在4V左右,当RS-485总线与电力线(例如220VAC)搭接短路时。A/B线上的PPTC可以提供短路保护。

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