RS-485在多功能电能表中的防雷电路设计

RS-485在多功能电能表中的防雷电路设计

　　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。

　　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。

　　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。