设备接口抗浪涌设计经验分享

设备接口电路的浪涌冲击防护不同于“手持设备的浪涌冲击防护”， “手持设备的浪涌冲击防护”主要考虑ESD 问题，而“接口电路的浪涌冲击防护”需要考虑雷电、电快速瞬变脉冲群和ESD 三个问题，相比之下其防护难度要复杂许多。

而实际雷电的防护尤为重要，尤其是室外设备的接口。雷电的防护需要避免直接雷的损坏，也要注意感应雷的损坏。当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。

云层之间频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值电压可达50KV，峰值电流可达20KA，严重损坏电气设备。

高压开关在分离与闭合的运动过程中，触头间将产生电位差，当电位差足够大时，触头间介质击穿产生电弧，击穿的同时由于感性负载的原因产生高频振荡，在线路上产生“电快速瞬变脉冲群”。在电路中，机械开关对电感性负载的切换产生“电快速瞬变脉冲群”干扰，这类干扰的特点是：脉冲成群出现，脉冲的重复频率较高，脉冲波形的上升时间短暂，单个脉冲的能量较低。

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k6666

LV.9

2021-03-26 10:20

在电路设计保护中。常常采用一些瞬态电压抑制器的保护元件，这些使用的方法和注意事项总结了下如下：

1).TVS 和被保护的电路是并联关系；

2).TVS的安装位置应靠近“接口”的进口处；

3).TVS的“良好接地”是有效防护的保证；

4).要根据电路的工作电压选择TVS 的Vwm；

5).要根据“浪涌冲击的上限功率”选择TVS 的承受功率；

6).要根据“电路的传输速率”选择TVS 的极间电容。

k6666

LV.9

2021-03-26 10:21

@k6666

在电路设计保护中。常常采用一些瞬态电压抑制器的保护元件，这些使用的方法和注意事项总结了下如下：1).TVS和被保护的电路是并联关系；2).TVS的安装位置应靠近“接口”的进口处；3).TVS的“良好接地”是有效防护的保证；4).要根据电路的工作电压选择TVS的Vwm；5).要根据“浪涌冲击的上限功率”选择TVS的承受功率；6).要根据“电路的传输速率”选择TVS的极间电容。

典型的RS-232接口中，任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为 -5 ~ -15V；逻辑“0”为 +5 ~ +15V。要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高至-3V的信号作为逻辑“1”。信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出“正电平”在+5~+12V，“负电平”在-5~-12V。RS-232接口经过多年的发展，趋向于低“逻辑电平”，目前的RS-232接口“逻辑电平”在3～5V 范围。

关于浪涌冲击的防护的解决方案：

“浪涌冲击的TVS防护”是根据RS-232 的电平决定的，选择7V/12V 的关断电压；RS-232 的传输速率在0.011~0192 MbPS,由于传输速率不高,对TVS的极间电容要求不严格，使用600W 双向的TVS，极间电容是75pf；在发送驱动器的发送端口进行“共模防护”即可（在接收器端口也同样用“共模防护”），“正”的浪涌冲击使用TVS 的12V箝位特性进行箝位泄放，“负”的浪涌冲击使用TVS 的7V 箝位特性进行箝位泄放。

k6666

LV.9

2021-03-26 10:22

@k6666

常见的RS-232标准规定，驱动器允许有2500pf的电容负载，若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加，在远距离数据通信中（20米左右），一般采用串行通信方式，它具有占用通信线路少，成本低廉等优点。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，采用不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232接口中，任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-5~-15V；逻辑“0”为+5~+15V。要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高至-3V的信号作为逻辑“1”。信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出“正电平”在+5~+12V，“负电平”在-5~-12V。RS-232接口经过多年的发展，趋向于低“逻辑电平”，目前的RS-232接口“逻辑电平”在3～5V范围。关于浪涌冲击的防护的解决方案：“浪涌冲击的TVS防护”是根据RS-232的电平决定的，选择7V/12V的关断电压；RS-232的传输速率在0.011~0192MbPS,由于传输速率不高,对TVS的极间电容要求不严格，使用600W双向的TVS，极间电容是75pf；在发送驱动器的发送端口进行“共模防护”即可（在接收器端口也同样用“共模防护”），“正”的浪涌冲击使用TVS的12V箝位特性进行箝位泄放，“负”的浪涌冲击使用TVS的7V箝位特性进行箝位泄放。

下面根据实际的设计需要，举例列出了RS232、RS422、RS485通信接口抗浪涌设计的实例示意

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