RS-485在多功能電能表中的防雷電路設計

　　智能電表系統已經(jīng)廣泛地應用到工業(yè)和生活的領(lǐng)域。在電表中使用自動(dòng)抄表技術(shù)通過(guò)通信端口讀取數據，而且大部分情況采用遠程讀數方式。對于電表應用來(lái)說(shuō)既安全又節省了時(shí)間和金錢(qián)。實(shí)現該技術(shù)的關(guān)鍵是確保通信鏈路安全可靠。由于RS-485標準具有長(cháng)距離傳輸（1200米以上），最大傳輸數率可以達到10Mbps，且高信號噪聲印制。同時(shí)，RS-485電路具有控制方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，使多點(diǎn)連接成為可能。因此，RS-485成為智能電表的標準通信接口。但RS-485口傳輸線(xiàn)通常暴露于戶(hù)外，因此極易因為雷擊等原因引入過(guò)電壓。而RS-485收發(fā)器工作電壓較低（5V左右），其本身耐壓也非常低（-7V~+12V），一旦過(guò)壓引入，就會(huì )擊穿損壞。在有強烈的浪涌能量出現時(shí)，甚至可以看到收發(fā)器爆裂，線(xiàn)路板焦糊的現象。因此防雷擊保護成為RS-485接口設計必須要考慮的。

　　通常，如圖1所畫(huà)，使用PPTC和TVS作為RS-485的防雷擊保護。

　　當雷擊發(fā)生時(shí)，感應過(guò)電壓由A/B線(xiàn)引入，經(jīng)過(guò)PPTC，然后GDT作為初級共模防護，通常GDT可以承受10KA（8x20us）浪涌沖擊。之后殘壓已經(jīng)大大降低到1KV以下，然后TVS作為二級保護進(jìn)行共模/差模保護，到收發(fā)器的電壓被鉗制在12V以下，同時(shí)，通過(guò)A/B線(xiàn)上的上拉電壓可以保證A/B線(xiàn)上的電壓保持在高電平。而實(shí)現對收發(fā)器的浪涌保護。通常，對于4KV以下過(guò)電壓，可以省去初級保護—--GDT。單用TVS就能實(shí)現浪涌保護的要求。當RS-485總線(xiàn)與電力線(xiàn)（例如220VAC）搭接短路時(shí)。A/B線(xiàn)上的PPTC可以提供短路保護。

　　但這種傳統方式有問(wèn)題需要考慮：

　　1：GDT浪涌擊穿電壓較高，這就意味著(zhù)后面的電阻值比較大。這可能會(huì )影響傳輸距離減少。2：TVS的漏電流較高，以SMBJ6.0CA來(lái)講大致在800uA左右。這樣會(huì )影響點(diǎn)對點(diǎn)通訊的可靠性。3：PPTC的響應速度較慢，因此在電力塔接時(shí)，可能會(huì )造成TVS被交流擊穿

　　TVS是半導體保護器件，具有響應速度快，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但它是Clamping保護模式。其殘壓會(huì )比較高而我們的Sidactor作為半導體器件同樣具有響應速度快，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但它是Crowbar保護模式。其導通以后保持電壓低，同時(shí)還具有抗浪涌能力強，耐搭接能力強特點(diǎn)。

　　因此，請看圖3，使用Sidactor的RS-485的保護方案。

　　當雷擊發(fā)生時(shí)，Sidacto P0080作為共模/差模防護，通常Sidactor可以承受800A（8x20us）浪涌沖擊。到收發(fā)器的電壓被保制在4V左右，當RS-485總線(xiàn)與電力線(xiàn)（例如220VAC）搭接短路時(shí)。A/B線(xiàn)上的PPTC可以提供短路保護。