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[方案] 瞬雷电子:关于RS485防雷保护中的接地问题分析

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SPD匿名
SPD匿名  发表于 2013-10-6 09:59:19 |阅读模式
防雷保护中有差模保护和共模保护,共模保护时涉及到接地的问题,前端GDT(陶瓷放电管)接地,TVS(瞬态抑制二极管)接地,还有后端电路的系统地,这三者之间不同的接地方式,对后端电路的保护可能会有影响,本文就是关于这个接地问题的实验与分析,了解这些接地方案对后端电路的影响情况。大地有时会出现异常电压,这时候系统与大地的隔离与否会影响到系统的正常工作,接地问题需要工程师认真对待。 第一级GDT(陶瓷放电管)用作大电流的泄放,第二级的TVS箝位电压(单个TVS作差模保护,两个串联TVS作共模保护),中间用保险丝退耦,后端为485芯片。由于TVS共模保护是要保护后面的电路或者芯片,所以TVS的地和后端电路的信号地是连接在一起的,这样才有保护意义。这四种方案的保护等级:可通过IEC61000-4-5;4级标准: 1.2/50us 4KV , 10/700us 6KV。根据三者不同的接地组合方式,可以把接地分成四种情况(以下四种都是基于共模保护时的情况)。 一. 四种接地方案电路原理图 下面就是四种接地方案的电路原理图,GDT(陶瓷放电管)接地,TVS(瞬态抑制二极管)接地,后端电路的是信号地,大家从图中可以很方便的看到接地的情形。

二. 关于上面四种方案的测试数据 三. 对几种方案和实验数据的分析 从表格的测试数据中可以看到,方案一共模残压(CD两端)比方案二和方案四要略高,当接地状况不良好的时候,由于后端与大地之间进行了隔离,这时候对芯片的影响很小,跟第四种方案差不多,不过这种方案比第三种和第四种节约了成本;但是当大地状况良好的时候,第二种接地方案比第一种要好。当大地电压出现高电压,或者电力线接触到外壳引起大地电压升高,这时候需要良好的接地隔离。所以当不清楚大地是否良好的时候,选择第一种方案比第二种方案要好。 方案二的残压比第四种的残压要稍微低点,当接地良好的时候选用第二种比较好;如果接地情况不良,从地面过来的地反击电压很容易造成后端电路的异常;从前端过来的大电流大电压,GDT与TVS组成回路,也可能与从后端电路组成回路,这个时候就要看后面芯片的耐压。经过测试,一般485芯片的耐压是40V到50V,不同厂家的芯片质量也不尽相同,耐压有高有低。当地电压超过芯片的耐压值,芯片会被打死。可以看出方案二稳定性不够好。
方案三前后一起加GDT(陶瓷放电管)再接大地,这种方案跟方案二相比,残压高些。当浪涌从前端过来,要经过两个陶瓷放电管放电才会将大电流泄放到大地,而且此时的电流很可能直接流向后端电路,而不是通过第二个陶瓷泄放到大地,当能量过大,芯片会被打死。当大地电压没有超过接地陶瓷放电管击穿电压的时候,对后端芯片可以起到保护作用,与第二种方案相比,增加了一个陶瓷放电管,很显然这种方案不合理化,进而设计方案四的电路。
方案四共模残压不高,后端电路与地面进行了隔离,大地状况的好坏与否对其影响不大,选这种相对第二种要好些。前端陶瓷放电管直接接地,将大电流直接泄放到大地,后端TVS起第二级保护,保护效果不错。与第一种方案相比,方案四的成本有所增加,但残压比方案一要低;与第二种方案相比,稳定性比它要好;与第三种相比较,它减少了从前端过来的电流的路径,从而很好地保护了后端的电路或者芯片。
总结:一个方案的保护效果,残压高低,保护成本,应用环境,都是工程师需要慎重考虑的问题。

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