RS-485收發(fā)器設計旨在應對惡劣的工作環(huán)境。除了能夠適應嘈雜的工廠環(huán)境外，RS-485收發(fā)器還可以在戶外環(huán)境中穩(wěn)定運行，抵御雷擊等導致的電壓浪涌對通信的干擾。

那么，您如何確信您的RS-485收發(fā)器能夠應對高電壓浪涌事件?

為幫助工程師確定系統(tǒng)的浪涌保護等級，國際電工委員會設立了IEC 61000-4-5浪涌標準。IEC 61000-4-5標準對戶外通信應用至關重要，如遠端射頻單元、空調單元和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)監(jiān)控攝像頭。

為確保您的系統(tǒng)能夠應對各種突發(fā)的自然狀況，您需要認真了解這一標準。本文重點介紹了防止系統(tǒng)免遭戶外浪涌因素影響的多種保護方法，同時還說明了如何優(yōu)化設計，實現(xiàn)節(jié)省空間、減少組件的效果。

在運行中實現(xiàn)浪涌保護

觀看視頻“RS-485通信的集成浪涌保護”，了解TI RS-485收發(fā)器如何幫助設計人員在惡劣環(huán)境中運行，同時消除外部系統(tǒng)保護組件。

什么是IEC 61000-4-5浪涌抗擾度標準?

IEC 61000-4-5浪涌標準是RS-485收發(fā)器必須通過的一項嚴苛測試;測試會模擬一次雷擊或工業(yè)浪涌。圖1對比了RS-485收發(fā)器需要執(zhí)行的三種常規(guī)測試。相比4kV的電快速瞬變脈沖群(EFT)(紫線)和10kV的靜電釋放(ESD)(藍線)測試，0.5kV的浪涌(紅線)的持續(xù)時間更長、能量更高(原因是電源阻抗較低)。

圖1：與EFT和ESD測試對比的浪涌測試

對受到戶外因素影響的系統(tǒng)來說，浪涌抗擾是一種常見的強制性要求。IEC浪涌測試模擬電流涌入收發(fā)器，并且有不同的IEC標準分類等級(詳見表1)。系統(tǒng)級設計通常需滿足二級(1kV測試)或三級(2kV測試)要求。

表1：IEC 61000-4-5浪涌類別

保護系統(tǒng)免受浪涌事件影響的方法有以下兩種：(1)復雜的離散式解決方案：使用RS-485收發(fā)器和一些外部保護組件，或(2)使用集成了浪涌保護功能的RS-485收發(fā)器。我們先看離散式方案的要求，然后再看TI最新的RS-485收發(fā)器——THVD1429(以及低速版THVD1419)如何簡化解決方案。

離散式浪涌保護

瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管、互補金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和氣體放電管等保護裝置常裝在收發(fā)器外部，目的是限制電壓、吸收浪涌電流。圖2所示為采用標準SN65HVD3082ERS-485收發(fā)器的RS-485 IEC ESD、EFT和浪涌保護參考設計，以及提供浪涌保護的其它外部組件。

圖2：采用離散式解決方案保護RS-485收發(fā)器，最多需要7個額外組件

采用這種方案，頭號難題就是使用額外組件進行設計。第二個難題是，滿足浪涌標準的保護裝置很少——因此，組件的選擇勢必困難重重，而且價格昂貴。

通過使用MOV(圖中第6、7)將電流導至地面，圖2的設置就能實現(xiàn)浪涌保護。瞬態(tài)阻斷單元(TBU)(圖中第4、5)可限制電流進入收發(fā)器。通過前面兩個階段的電流，還會受到TVS二極管(圖中第3)、限流電阻(R)(圖中第1、2)的進一步限制。圖2所示的這4級保護，需要在電路板上安裝共計7個額外組件。這會帶來更多麻煩，如設計和組件選擇的復雜度更高、所需的電路板空間更大、材料清單上的組件更多。

集成浪涌保護功能，降低設計復雜度

相比復雜、昂貴、占空間的設計以及多種外部保護組件，THVD1429可助您簡化系統(tǒng)。THVD1429是一款強大的RS-485收發(fā)器，集成了TVS保護，能承受2.5kV的浪涌。這款收發(fā)器無需外部保護組件，滿足IEC 61000-4-5的三級(2kV)標準。

圖3中所示的RS-485收發(fā)器的系統(tǒng)級設計，不同于圖2的離散式方案，這里采用的是集成式解決方案。這套解決方案不但省去了幾個外部保護組件，而且THVD1429符合行業(yè)標準的8引腳小型集成電路(SOIC-8)封裝還能快速、便捷地評估和升級當前的收發(fā)器。

圖3：采用THVD1429或THVD1419的集成解決方案(2.5kV浪涌保護)

除2.5kV的集成浪涌保護外，RS-485收發(fā)器系列還有多款其他常見類型的保護器，包括8kV的接觸放電ESD(IEC 61000-4-2)、4kV的EFT(IEC 61000-4-4)和16kV的人體模型ESD。這些收發(fā)器的片上保護功能大幅提升了設備和終端裝置的穩(wěn)定性。所以，無論您的目標是簡化設計、還是節(jié)省時間、節(jié)約電路板空間，亦或是減少材料、提升浪涌保護評級，THVD1429 RS-485接收器系列都能讓您的設計完美應對戶外挑戰(zhàn)。