一种用于电子设备RS485接口的防雷保护电路的制作方法

本实用新型涉及弱电通信领域，具体涉及一种用于电子设备RS485接口的防雷保护电路。

背景技术：

许多电子设备通过RS485总线进行通讯，RS485总线理论上可以实现1KM的长距离传输，在应用过程中，长距离传输线路容易因为雷击、干扰等原因引入高电压，从而引起电子设备损坏。

弱电通信系统中，RS485收发器的正常工作电压较低(±2～6V左右)，其本身长时间耐压也非常低(-7V～+12V)，一旦高电压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以造成RS485收发器爆裂，电路板烧焦。

一般防雷器采用一级或二级防雷保护设计，但这些防雷保护设计的电压、电流的限制等级和过流响应速度都参差不齐，而且对差模、共模电压的保护措施也不全面，导致防雷保护效果大打折扣。

综上所述，现有的防雷保护设计存在以下缺点：

(1)电压、电流的限制等级参差不齐；

(2)过流响应速度参差不齐；

(3)差模、共模电压的保护措施不全面。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有的防雷保护设计的电压、电流的限制等级和过流响应速度参差不齐以及差模、共模电压的保护措施不全面的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于电子设备RS485接口的防雷保护电路，包括第一级防雷电路和第二级防雷电路，所述第一级防雷电路包括并联的第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管，RS485接口的接收端正极和负极产生的共模电压通过所述第一陶瓷气体放电管对地放电，接收端正极和负极产生的差模电压通过所述第二陶瓷气体放电管放电；所述第二级防雷电路包括抑制所述第一级防雷电路输出的大电流通过的限流电阻以及将所述第一级防雷电路的输出残压降低到RS485接口的标准工作电压的第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管。

在上述技术方案中，所述第一陶瓷气体放电管为三极气体放电管，其漏极和源极分别与接收端正极和接收端负极连接，其栅极接地；所述第二陶瓷气体放电管为两极气体放电管，其一端与接收端正极连接，另一端与接收端负极连接。

在上述技术方案中，所述限流电阻包括分别串接在接收端正极和接收端负极线路上的第一热敏电阻和第二热敏电阻，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻在所述第一级防雷电路的输出电流达到最大工作电流并持续升高时，阻值迅速增大，阻断大工作电流的通过。

在上述技术方案中，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻的最大工作电流为250mA，耐压为600V，过流保护的动作时间为1秒。

在上述技术方案中，所述第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管为双极性。

在上述技术方案中，所述第一瞬态抑制二极管的一端与接收端正极连接，另一端与所述第二瞬态抑制二极管的一端接地，所述第二瞬态抑制二极管的另一端与接收端负极连接。

在上述技术方案中，所述第一级防雷电路与第二级防雷电路的接地电阻不超过10欧姆。

本实用新型通过第一级防雷电路对共模电压和差模电压进行放电，通过第二级防雷电路将第一级防雷电路的输出残压降低到RS485接口的标准工作电压，具有结构简单，可靠性高，过流响应速度快，电压、电流的限制等级高，持续过流抑制能力强，自恢复能力强等优点，维持了弱电通信系统的正常通信。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用于电子设备RS485接口的防雷保护电路示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做出详细的说明。

本实用新型提供了一种用于电子设备RS485接口的防雷保护电路，如图1所示，包括第一级防雷电路和第二级防雷电路，第一级防雷电路包括第一陶瓷气体放电管(3R090)和第二陶瓷气体放电管(2R090),第一陶瓷气体放电管作为共模电压抑制元件，将RS485接口的接收端正极A和负极B产生的共模电压对地放电；第二陶瓷气体放电管作为差模电压抑制元件，对接收端正极A和负极B产生的差模电压进行放电；第二级防雷电路包括限流电阻、第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管，限流电阻抑制第一级防雷电路输出的大电流通过第二级防雷电路，当第一级防雷电路的输出电流达到限流电阻的最大工作电流时，熔断保险丝，第二级防雷电路成开路状态，保护后面的接口电流。第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管为双极性，将第一级防雷电路的输出残压降低到RS485接口的标准工作电压。

第一陶瓷气体放电管为三极气体放电管，其漏极和源极分别与接收端正极和接收端负极连接，其栅极接地；第二陶瓷气体放电管为两极气体放电管，与第一陶瓷气体放电管并联后一端与接收端正极A连接，另一端与接收端负极B连接。

限流电阻包括分别串接在接收端正极A和接收端负极B线路上的第一热敏电阻和第二热敏电阻，第一热敏电阻和第二热敏电阻的最大工作电流为250mA，耐压为600V，过流保护的动作时间为1秒，当第一级防雷电路的输出电流达到最大工作电流并持续升高时，第一热敏电阻和第二热敏电阻的阻值迅速增大，从而阻断大工作电流的通过，起到限制大工作电流的作用。

第一瞬态抑制二极管的一端与接收端正极A连接，另一端与第二瞬态抑制二极管的一端接地，第二瞬态抑制二极管的另一端与接收端负极B连接。

第一级防雷电路的工作原理为：

当电子设备的RS485接口正常工作时，第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管不工作。当电子设备的RS485接口发生雷击时，RS485接口的接收端正极A感应的共模电压V_A和接收端负极B感应的共模电压V_B通过第一陶瓷气体放电管对地放电，共模电压V_A和共模电压V_B对地放电后被削弱到约90V左右；RS485接口的接收端正极A和负极B感应的差模电压V_AB通过第二陶瓷气体放电管放电，差模电压V_AB放电后被削弱到约90V左右。第一级防雷电路的一级防护形成了当直流击穿电压为100V/S时90V等级的电压防护，将电压的等级限制到了90V左右。

第一陶瓷气体放电管可采用EPCOS T83-A90，第二陶瓷气体放电管可采用EPCOS N81-A90，直流击穿电压为90V±20％，冲击击穿电压<450V(1kV/μs)，耐冲击电流(2/10μs)10kA，响应时间<0.2μs。第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管在一般放电(10/1000μs 200A)时，可有100～200次的放电使用寿命。

本方案中的第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管能够承受大雷能量击，但是却不能够在第一级防雷电路的一级防护中将雷击电压钳制到一般RS485收发器可以承受的电压水平，因此，需要进行第二级防护。

第二级防雷电路的工作原理为：

在RS485接口的接收端正极A和负极B分别串联接入第一热敏电阻(TSM600-250F-RA)和第二热敏电阻(TSM600-250F-RA)，第一热敏电阻和第二热敏电阻的最大工作电流为250mA，在第一级防雷电路实现了电压钳制到90V后，通过第二级防雷电路实现对接收端正极A和负极B两条线路的过流保护。

当电子设备的RS485接口正常工作时，流经第一热敏电阻和第二热敏电阻的电流很小，不足以引起第一热敏电阻和第二热敏电阻的温升，当共模电压和差模电压引起的大电流通过第一热敏电阻和第二热敏电阻时，第一热敏电阻和第二热敏电阻温升变大，引起阻值的骤变，从而起到抑制大电流通过的目的，也保护了后续的元件。

第一瞬态抑制二极管(1.5KW 6.8V)和第二瞬态抑制二极管(1.5KW6.8V)将第一级防雷电路的输出残压钳制在6.8V左右，接近RS485接口的标准工作电压，实现了对RS485接口的保护。同时，可以通过改变第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管的选型参数，实现电压等级从5V到24V的弱电信号保护。

第一热敏电阻和第二热敏电阻可采用TYCO SM600-250F-RA作为自恢复保险丝，TYCO SM600-250F-RA的最大工作电流为250mA，耐压为600V，过流保护的动作时间为1秒。当浪涌消失时，第一热敏电阻和第二热敏电阻的温度逐渐下降，最后恢复到3欧姆的正常阻值，485通信线路也在这个过程中慢慢恢复正常。由于第一热敏电阻和第二热敏电阻正常工作时阻值为3欧姆，对485通信线路的通信质量几乎没有影响，所以特别适合长距离、多节点的接入环境。

第一级防雷电路和第二级防雷电路均接地，且接地电阻不超过10欧姆，从而可以大大提高防雷保护效果。

本方案提供的防雷保护电路的保护等级如下：

防雷标准：YD/T993-2006 4.0KV；浪涌能力：1500W；浪涌电流：200A；过流短路保护Ih：250mA。

本实用新型通过第一级防雷电路对共模电压和差模电压进行放电，通过第二级防雷电路将第一级防雷电路的输出残压降低到RS485接口的标准工作电压，具有结构简单，可靠性高，使用寿命长，过流响应速度快，电压、电流的限制等级高，持续过流抑制能力强，自恢复能力强等优点，维持了弱电通信系统的正常通信。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。