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详解保护RS
保护方案3
常常需要四级以上的电涌保护。此保护方案可保护RS-485端口免受最高6 kV电涌瞬变的影响。它的工作方式类似于保护解决方案2,但此电路采用气体放电管(GDT)取代TISP来保护TBU,进而保护次级保护器件TVS.GDT将针对高于前一种保护机制中所述TISP的过压和过流应力提供保护。此保护方案的GDT是Bourns公司的2038-15-SM-RPLF.TISP额定电流为220 A,而GDT每个导体的额定电流为5 kA.表3显示此设计提供的保护级别。
表3. 解决方案3保护级别(8 kV)
GDT主要用作主保护器件,提供低阻抗接地路径以防止过压瞬变。当瞬态电压达到GDT火花放电电压时,GDT将从高阻抗关闭状态切换到电弧模式。在电弧模式下,GDT成为虚拟短路,提供瞬态开路电流接地路径,将瞬态电流从受保护器件上转移开。
图9显示GDT的典型特性。当GDT两端的电压增大时,放电管中的气体由于产生的电荷开始电离。这称为辉光区。在此区域中,增加的电流将产生雪崩效应,将GDT转换为虚拟短路,允许电流通过器件。在短路事件中,器件两端产生的电压称为弧电压。辉光区和电弧区之间的转换时间主要取决于器件的物理特性。
图9. GDT特性波形
结论
本文说明了处理瞬变抗扰度的三种IEC标准。在实际工业应用中,RS-485通信端口遇到这些瞬变时可能遭到损坏。EMC问题如果是在产品设计周期后期才发现,可能需要重新设计,导致计划延迟,代价巨大。因此,EMC问题应在设计周期开始时就予以考虑,否则可能后悔莫及,无法实现所需的EMC性能。
在设计面向RS-485网络的EMC兼容解决方案时,主要难题是让外部保护元件的动态性能与RS-485器件输入/输出结构的动态性能相匹配。
本文介绍了适用于RS-485通信端口的三种不同EMC兼容解决方案,设计人员可按照所需的保护级别选择保护方案。EVAL-CN0313-SDPZ是业界首个EMC兼容RS-485客户设计工具,针对ESD、EFT和电涌提供最高四级保护。表4总结了不同保护方案提供的保护级别。虽然这些设计工具不能取代所需的系统级严格评估和专业资质,但能够让设计人员在设计周期早期降低由于EMC问题导致的项目延误风险,从而缩短产品设计时间和上市时间。
表4. 三种ADM3485E EMC兼容解决方案
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