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  一、原理圖

  1、RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案

  圖1 RS485接口防雷電路

  接口電路設(shè)計(jì)概述：

  RS485用于設(shè)備與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間通訊，在產(chǎn)品應(yīng)用中其走線多與電源、功率信號(hào)等混合在一起，存在EMC隱患。

  本方案從EMC原理上，進(jìn)行了相關(guān)的抑制干擾和抗敏感度的設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)層次解決EMC問(wèn)題。

  電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明：

  (1) 電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

  L1為共模電感，共模電感能夠?qū)λp共模干擾，對(duì)單板內(nèi)部的干擾以及外部的干擾都能抑制，能提高產(chǎn)品的抗干擾能力，同時(shí)也能減小通過(guò)429信號(hào)線對(duì)外的輻射，共模電感阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz，典型值選取1000Ω/100MHz;

  C1、C2為濾波電容，給干擾提供低阻抗的回流路徑，能有效減小對(duì)外的共模電流以同時(shí)對(duì)外界干擾能夠?yàn)V波;電容容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF;若信號(hào)線對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線對(duì)地的兩個(gè)濾波電容需要考慮耐壓;

  當(dāng)電路上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)要考慮降低或去掉濾波電容的值。C3為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF， C3容值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整;

  (2) 電路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

  為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)，共模6KV，差摸2KV的防雷測(cè)試要求，D4為三端氣體放電管組成第一級(jí)防護(hù)電路，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾，防止干擾通過(guò)信號(hào)線影響下一級(jí)電路;

  氣體放電管標(biāo)稱(chēng)電壓VBRW要求大于13V，峰值電流IPP要求大于等于143A;

  峰值功率WPP要求大于等于1859W;

  PTC1、PTC2為熱敏電阻組成第二級(jí)防護(hù)電路，典型取值為10Ω/2W;

  為保證氣體放電管能順利的導(dǎo)通，泄放大能量必須增加此電阻進(jìn)行分壓，確保大部分能量通過(guò)氣體放電管走掉;

  D1~D3為T(mén)SS管(半導(dǎo)體放電管)組成第三級(jí)防護(hù)電路，TSS管標(biāo)稱(chēng)電壓VBRW要求大于8V，峰值電流IPP要求大于等于143A;峰值功率WPP要求大于等于1144W;

  接口電路設(shè)計(jì)備注：

  如果設(shè)備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨(dú)立的劃分出接口地，那么金屬外殼與接口地直接電氣連接，且單板地與接口地通過(guò)1000pF電容相連;

  如果設(shè)備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。

  二、PCB設(shè)計(jì)

  1、RS485接口電路布局

  圖1 RS485接口濾波及防護(hù)電路布局

  方案特點(diǎn)：

  (1)防護(hù)器件及濾波器件要靠近接口位置處擺放且要求擺放緊湊整齊，按照先防護(hù)后濾波的規(guī)則，走線時(shí)要盡量避免走線曲折的情況;

  (2) 共模電感與跨接電容要置于隔離帶中。

  方案分析：

  (1)接口及接口濾波防護(hù)電路周邊不能走線且不能放置高速或敏感的器件;

  (2) 隔離帶下面投影層要做掏空處理，禁止走線。

  2、RS485接口電路分地設(shè)計(jì)

  方案特點(diǎn)：

  (1)為了抑制內(nèi)部單板噪聲通過(guò)RS485接口向外傳導(dǎo)輻射，也為了增強(qiáng)單板對(duì)外部干擾的抗擾能力，在RS485接口處增加濾波器件進(jìn)行抑制，以濾波器件位置大小為界，劃分出接口地;

  (2)隔離帶中可以選擇性的增加電容作為兩者地之間的連接，電容C4、C5取值建議為1000pF，信號(hào)線上串聯(lián)共模電感CM與電容濾波，并與接口地并聯(lián)GDT和TVS管進(jìn)行防護(hù);且所有防護(hù)器件都靠近接口放置，共模電感CM置于隔離帶內(nèi)，具體布局如圖示。

  方案分析：

  (1)當(dāng)接口與單板存在相容性較差或不相容的電路時(shí)，需要在接口與單板之間進(jìn)行“分地”處理，即根據(jù)不同的端口電壓、電平信號(hào)和傳輸速率來(lái)分別設(shè)置地線。“分地”，可以防止不相容電路的回流信號(hào)的疊加，防止公共地線阻抗耦合;

  (2)“分地”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致回流信號(hào)跨越隔離帶時(shí)阻抗變大，從而引起極大的EMC風(fēng)險(xiǎn)，因此在隔離帶間通過(guò)電容來(lái)給信號(hào)提供回流路徑。