RS485介面防雷電路設計方案
原理圖如下:
原理圖說明:
- 濾波部分
L1為共模電感,共模電感能夠衰減共模干擾,對單板內部的干擾以及外部的干擾都能抑制,提高產品的抗干擾能力,同時也能減小通過429訊號線對外的輻射,共模電感阻抗選擇範圍為120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz,典型值選取1000Ω/100MHz。
C1、C2為濾波電容,給干擾提供低阻抗的迴流路徑,能有效減小對外的共模電流以同時對外界干擾能夠濾波;電容容值選取範圍為22PF~1000pF,典型值選取100pF;若訊號線對金屬外殼有絕緣耐壓要求,那麼差分線對地的兩個濾波電容需要考慮耐壓;
當電路上有多個節點時要考慮降低或去掉濾波電容的值。C3為介面地和數字地之間的跨接電容,典型取值為1000pF, C3容值可根據測試情況進行調整;
- 防衝擊部分
為了達到IEC61000-4-5(國際電工委員會所頒佈的一個基礎性標準)或GB17626.5標準(國標:浪湧(衝擊)抗擾度試驗),共模6KV,差模2KV的防雷測試要求,D4為三端氣體放電管組成第一級防護電路,用於抑制線路上的共模以及差模浪湧干擾,防止干擾通過訊號線影響下一級電路;
氣體放電管標稱電壓VBRW要求大於13V,峰值電流IPP要求大於等於143A,峰值功率WPP要求大於等於1859W;
PTC1、PTC2為熱敏電阻組成第二級防護電路,典型取值為10Ω/2W;
為保證氣體放電管能順利的導通,洩放大能量必須增加此電阻進行分壓,確保大部分能量通過氣體放電管走掉;
D1~D3為TSS管(半導體放電管)組成第三級防護電路,TSS管標稱電壓VBRW要求大於8V,峰值電流IPP要求大於等於143A;峰值功率WPP要求大於等於1144W;
- 備註
如果裝置為金屬外殼,同時單板可以獨立的劃分出介面地,那麼金屬外殼與介面地直接電氣連線,且單板地與介面地通過1000pF電容相連;
如果裝置為非金屬外殼,那麼介面地PGND與單板數字地GND直接電氣連線。
PCB佈局如下:
- 佈局分析:
(1)防護器件及濾波器件要靠近介面位置處擺放且要求擺放緊湊整齊,按照先防護後濾波的規則,走線時要儘量避免走線曲折的情況;
(2) 共模電感與跨接電容要置於隔離帶中。
(3)介面及介面濾波防護電路周邊不能走線且不能放置高速或敏感的器件;
(4) 隔離帶下面要做掏空處理,禁止走線。
為了抑制內部單板噪聲通過RS485介面向外傳導輻射,也為了增強單板對外部干擾的抗擾能力,在RS485介面處增加濾波器件進行抑制,以濾波器件位置大小為界,劃分出介面地,