由于本案例应用产品部署在户外,其外部连接的RS485端口会暴露在雷击浪涌的环境下,客户要求必须能满足IEC61000-4-5 Level 4的标准,故笔者根据此要求进行设计。在雷击浪涌防护电路设计中,我们需要对防护对象分成两类进行设计,一类是电源端口,一类是信号端口,两者在防护设计构成上会略有不同,本文是对信号端口类进行防护设计。
对于信号线防护,需要考虑防护器件对信号的影响。其中,最为重要的参数为器件的结电容,会影响到信号波形,造成信号畸变。所以,在该类防护电路设计中,拥有很高结电容参数的器件——压敏电阻,就不适合应用。本文中拟用的防护电路构造为前级防护+中间退耦+后级防护的形式。
在进行GDT的选型时,需要考虑直流击穿电压和通流量。因直流击穿电压必须要高于系统最高工作电压,避免常态会误触发,但是较低的击穿电压可以保证更快响应且后端电路残压更低。B3D090M-C系列GDT器件的结电容仅为1.5pF,且可提供最大10KA的通流量,针对本文应用可以可靠地进行泄放。通流量可达10KA,在10/1000us@200A的波形下拥有300次的寿命,足够保证在需要等级下测试的可靠。
而TVS的选型需要注意反向关断电压,在本应用中,该对485接口芯片工作电压不超过5V,故为了不让器件在常态被误触发,需留有一定余量。SMBJ系列的TVS器件峰值功率可达600W,响应时间小至1ps,且反向击穿电压大于10mA@VBR>7.22V。保证常态低电流损耗外,还可迅速响应和保护后端电路。故根据具体需求选用反向隔离电压为6.5V的SMBJ6.5CA-TP。
因为本应用电路在常态电流较小(不大于10mA),为了加快整体电路响应速度,采用触发电流为0.3A的PTC较为合适,故PTC选用mSMD010-1812。
综合考虑需要同时防护共模和差模干扰,所以后端防护形式采用三点式TVS管接法,得出如下电路:
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