高工解读：电表中RS485总线防雷保护

中心议题：

• 防雷保护器的基本要求
• 器件选型说明
• 各种器件的选择依据
• 过压防护标准的依据
• 雷击过压防护的接地要求

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，常使通信总线系统遭到毁坏, 数据传输质量受到影响。阅读本文，高级工程师教你如何从防雷保护器基本要求、器件选型、器件选择依据、过压防护标准依据、雷击过压防护等方面，做好485在电表中的防雷保护。

RS485作为最为最常用的电表通讯方式之一，其具有的噪声抑制性能高、信令速率高、可以在一个单独的总线上实现多节点以及能够使用的收发器品种多等优点，已经越来越得到使用与肯定。但是伴随着使用频率的增高，其遇到的问题也日益增加。例如，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。雷电能够使各种通信总线构成的系统遭到严重的毁坏, 静电电磁干扰也严重地影响通信总线的数据传输质量。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485在电表中的防雷保护及方案。

一.雷击过压防护的必要性

RS-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其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RS485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。

二.防雷保护器的基本要求

在正常运行时,雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输,雷电保护器的对地阻抗应非常大,串连在电路中的阻抗应非常小，在雷电袭击通信总线时,雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。

三.RS485通讯保护方案

a.原理图
      

以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，GDT做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过PPTC限浪,TVS做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8V左右，从而实现对后端电路的保护。TVS2/3做共模保护，TVS1做差模保护。

b.保护等级

可通过IEC61000-4-5,4级标准:
1.2/50us 4KV
10/700us 6KV
8/20us 2KA

C.器件选择

贴片（SMD）:
GDT: 3SPC090F
PPTC: MSM020
TVS: SMBJ10CA

插件（DIP）:
GDT: C6M09R
PPTC: K250-120U
TVS: P6KE12CA

d.器件选型说明

陶瓷放电管GDT: 直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。

自恢复保险丝PPTC：PPTC的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。IH保持电流应大于最大工作电流，IT动作电流应小于线路的最大可承受电流。

瞬态抑制二极管TVS：通用信号传输线上TVS的击穿电压VBR应高于信号线上传输的信号电压,在此前提下, VBR应尽可能选得低一些,较低的VBR 可使后端通信芯片得到可靠保护,并且具有较大的通流容量。