三个经典的RS-485端口EMC防护方案详解

浪涌（Surge）

浪涌通常由开关操作造成的过压情况或雷击造成。开关瞬变的起因可能是电力系统切换、配电系统中的负载变化或各种系统故障。雷击瞬变的起因可能是附近的雷击导致向电路中注入了较大的电流和电压。IEC 61000-4-5定义了在容易受到这些浪涌现象影响的情况下用于评估电子电气设备抗扰度的波形、测试方法和测试级别。

图5：Surge特性曲线

浪涌的能量级别可以达到ESD或EFT脉冲能量级别的三到四个数量级。因此，浪涌可以视作是EMC瞬变规范中最严重的一种。 由于ESD和EFT之间的相似性，相应的电路保护设计也很相似，但是由于浪涌的能量大，因此必须采取不同的处理方式。

Excelpoint世健公司技术支持部副总监Angus Zhao说：“开发EMC保护电路的过程，就是要根据实际应用的场景，达到相应的上述三种瞬变的抗扰度的规范要求，同时又要保证成本效益。这看似复杂的工作，实际上有它自己的原则和套路可循。”

RS-485端口EMC方案相应的规范要求实际上就是保护电路设计需要达到的目标。为了达成这样的目标，自有其设计原则：

针对瞬变提供保护，主要有两种方式：过流保护用于限制峰值电流；过压保护用于限制峰值电压。典型的保护方案设计包括主保护和次级保护。主保护可将大部分瞬变能量从系统转移开，通常位于系统和环境之间的接口，它能够将瞬变转移到大地，从而移走绝大部分的能量。次级保护的目的是保护系统各个部件，使其免受主保护允许通过的任何瞬变电压和电流的损坏。次级保护通常更侧重于面向受保护系统的具体部件。它经过优化，可以确保针对上述残余瞬变提供保护，同时还允许系统的这些敏感部件正常工作。Excelpoint世健技术支持部副总监Angus Zhao说：“这两种方式必须确保主设计和次级设计能够一起配合系统输入/输出，以便最大限度地降低对受保护电路造成的应力。同时在设计中，一般在主保护器件和次级保护器件之间会有一个协调元件，例如电阻或非线性过流保护器件，以确保能够进行协调。”

图6：传统的EMC防护解决方案架构

按照以上的规范要求和设计原则，下面我们提供三种不同级别的EMC防护解决方案，这些方案都已经经过了第三方独立EMC兼容性测试的认证。方案中用到的元器件包括：

·ADM3485EARZ 3.3 V RS-485收发器（ADI）

·TVS瞬变电压抑制器CDSOT23-SM712 (Bourns)

·TBU瞬变闭锁单元TBU-CA065-200-WH (Bourns)

·TIST晶闸管浪涌保护器TISP4240M3BJR-S (Bourns)

·GDT气体放电管2038-15-SM-RPLF (Bourns)