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RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案

電磁兼容EMC ? 來源:電磁兼容EMC ? 2023-05-23 09:26 ? 次閱讀

一.原理圖

1. RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案

61deab50-f8f9-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg 圖1 RS485接口防雷電路

接口電路設(shè)計(jì)概述:

RS485用于設(shè)備與計(jì)算機(jī)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(hào)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(jì),從設(shè)計(jì)層次解決EMC問題。

電路EMC設(shè)計(jì)說明:

(1) 電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn):

L1為共模電感,共模電感能夠?qū)λp共模干擾,對(duì)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(shí)也能減小通過429信號(hào)線對(duì)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(duì)外的共模電流以同時(shí)對(duì)外界干擾能夠?yàn)V波;電容容值選取范圍為22PF~1000pF,典型值選取100pF;若信號(hào)線對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求,那么差分線對(duì)地的兩個(gè)濾波電容需要考慮耐壓;

當(dāng)電路上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)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(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整;

(2) 電路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn):

為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn),共模6KV,差摸2KV的防雷測(cè)試要求,D4為三端氣體放電管組成第一級(jí)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(hào)線影響下一級(jí)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(jí)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(jí)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;

接口電路設(shè)計(jì)備注:

如果設(shè)備為金屬外殼,同時(shí)單板可以獨(dú)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(jì)

1. RS485接口電路布局

62052c3a-f8f9-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg 圖1 RS485接口濾波及防護(hù)電路布局

方案特點(diǎn):

(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(shí)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(jì)

62052c3a-f8f9-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

方案特點(diǎn):

(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(qiáng)單板對(duì)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(hào)線上串聯(lián)共模電感CM與電容濾波,并與接口地并聯(lián)GDTTVS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(shí),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(hào)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(hào)的疊加,防止公共地線阻抗耦合

(2)“分地”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致回流信號(hào)跨越隔離帶時(shí)阻抗變大,從而引起極大的EMC風(fēng)險(xiǎn),因此在隔離帶間通過電容來給信號(hào)提供回流路徑。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:RS485接口EMC電路設(shè)計(jì)方案[20230523]

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