飞凌课堂丨RS485总线防雷保护方案

RS485作为最为最常用的电表通讯方式之一。日常生活中雷电和静电干扰已经成为485通信总线在实际工程经常遇到的问题。

故如何对芯片以及总线进行有效的保护，是摆在每一个使用者面前的一个问题。在这里，我们主要讨论RS485在电表中的防雷保护及方案。

1、RS485通信抗雷击防护的必要性

在构成RS485总线 络时，采用双绞线作传输线，传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设，所以，在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变干扰而损坏器件，再者由于RS485的 络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即通常采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型 络。因此雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS485收发器损坏，故防雷措施是RS485技术实际使用中必须考虑的问题，也是提高系统可靠性一个十分重要的措施。

2、RS485通信抗雷击防护原理

上图为电源隔离电路，使用了一个隔离模块，隔离电压等级为1500VDC/min，3000VDC/1s。

上图为信号隔离电路，使用了一个TI的隔离芯片，隔离电压等级为2500Vrms/min，3000Vrms/s。

上图为RS485的收发电路加防护电路，其中收发芯片用的是MAX13487，芯片内部带自动收发功能。

共模电感L2用来滤除共模干扰，配合C41和C42电容用来优化系统的EMC问题。

气体放电管作为第一级防护，F1、F2两个PTC用来退耦。当有雷击发生时，F1和F2熔断，较强的能量通过气体放电管泄放到大地上。由于F1、F2可以自恢复，所以剩余的较小的能量通过F1、F2到达TVS管进行泄放，同时上拉电阻R10和下拉电阻R9可以起到一定的钳位作用。

气体放电管需要根据实际的应用场景以及防护的等级选型。PTC需要考虑限流和耐压的问题，熔断电流要大于RS485正常工作时总线流过的电流，但是需要小于后级电路所能承受的最大电流；耐压值要大于气体放电管的击穿电压，特殊的应用场景例如电表上的RS485的A、B线上需要更高的耐压值（220V等），作用是在错将零线和火线接到A、B上时保护电表不被烧坏。TVS的钳位电压不能小于RS485正常工作的电压，但是要小于芯片可以承受的最大电压，同时需要根据防护等级选型。流过TVS的能量通过电容泄放到大地上。

雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。

在实际的工业、电力、自动化及仪器仪表应用中，RS485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一，由于其会在恶劣电磁环境下工作，为了确保这些数据端口能够在最终安装环境下正常工作，它们必须符合相关的电磁兼容性（EMC）法规。