發布日期：2022-04-28 點擊率：90
作者：德州儀器Kaitlyn Mazzarella
RS-485收發器設計旨在應對惡劣的工作環境。除了能夠適應嘈雜的工廠環境外，RS-485收發器還可以在戶外環境中穩定運行，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收發器能夠應對高電壓浪涌事件？
為幫助工程師確定系統的浪涌保護等級，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、空調單元和互聯網協議（IP）監控攝像頭。
為確保您的系統能夠應對各種突發的自然狀況，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化設計，實現節省空間、減少組件的效果。
在運行中實現浪涌保護
觀看視頻“RS-485通信的集成浪涌保護”，了解TI RS-485收發器如何幫助設計人員在惡劣環境中運行，同時消除外部系統保護組件。
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收發器必須通過的一項嚴苛測試；測試會模擬一次雷擊或工業浪涌。圖1對比了RS-485收發器需要執行的三種常規測試。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器，并且有不同的IEC標準分類等級（詳見表1）。系統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的設置就能實現浪涌保護。瞬態阻斷單元（TBU）（圖中第4、5）可限制電流進入收發器。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。THVD1429是一款強大的RS-485收發器，集成了TVS保護，能承受2.5kV的浪涌。這款收發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收發器的系統級設計，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。這些收發器的片上保護功能大幅提升了設備和終端裝置的穩定性。所以，無論您的目標是簡化設計、還是節省時間、節約電路板空間，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。
其他資源
如需瀏覽THVD1429在多種數據速率和距離下的詳細實驗室數據和抖動測量結果，請參閱應用說明：“RS-485收發器的信號完整性與數據速率和電纜長度。”
如需了解EFT等其他類型的保護裝置，請參閱德州儀器在線支持社區博客系列：“什么是EFT？”
使用TI的“RS-485半雙工評估模塊用戶指南”評估THVD1429或其他TI RS-485收發器。
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