詳解RS485接口6KV防雷電路設(shè)計及PCB布局
發(fā)布時間:2021-06-30 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】RS485接口防雷電路接口電路設(shè)計概述:RS485用于設(shè)備與計算機或其它設(shè)備之間通訊,在產(chǎn)品應(yīng)用中其走線多與電源、功率信號等混合在一起,存在EMC隱患。
RS485接口防雷電路接口電路設(shè)計概述:RS485用于設(shè)備與計算機或其它設(shè)備之間通訊,在產(chǎn)品應(yīng)用中其走線多與電源、功率信號等混合在一起,存在EMC隱患。
一、原理圖
1.RS485接口6KV防雷電路設(shè)計方案圖
RS485接口防雷電路接口電路設(shè)計概述:RS485用于設(shè)備與計算機或其它設(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,從設(shè)計層次解決EMC問題。
2.電路EMC設(shè)計說明:
(1) 電路濾波設(shè)計要點:
L1為共模電感,共模電感能夠?qū)λp共模干擾,對單板內(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,同時也能減小通過429信號線對外的輻射,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,能有效減小對外的共模電流以同時對外界干擾能夠濾波; 電容容值選取范圍為22PF~1000pF,典型值選取100pF; 若信號線對金屬外殼有絕緣耐壓要求,那么差分線對地的兩個濾波電容需要考慮耐壓;當(dāng)電路上有多個節(jié)點時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)測試情況進(jìn)行調(diào)整;(2) 電路防雷設(shè)計要點:
為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn),共模6KV,差模2KV的防雷測試要求,D4為三端氣體放電管組成 級防護(hù)電路,用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾,防止干擾通過信號線影響下 電路;氣體放電管標(biāo)稱電壓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氣體放電管走掉;D1~D3為TSS管(半導(dǎo)體放電管)組成第三級防護(hù)電路,TSS管標(biāo)稱電壓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;3.接口電路設(shè)計備注:
如果設(shè)備為金屬外殼,同時單板可以獨立的劃分出接口地,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
1.RS485接口電路布局圖
RS485接口濾波及防護(hù)電路布局方案特點:(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)計方案特點:
(1)為了抑制內(nèi)部單板噪聲通過RS485接口向外傳導(dǎo)輻射,也為了增強單板對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,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、電平信號和傳輸速率來分別設(shè)置地線。 “分地”,可以防止不相容電路的回流信號的疊加,防止公共地線阻抗耦合;(2)“分地”現(xiàn)象會導(dǎo)致回流信號跨越隔離帶時阻抗變大,從而引起極大的EMC風(fēng)險,因此在隔離帶間通過電容來給信號提供回流路徑。
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