防浪涌電路總結(jié).doc

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1、防浪涌電路調(diào)研總結(jié)常用的防浪涌電路有三種方案：一、利用傳統(tǒng)的防雷元器件組合成防浪涌電路，例如TVS管（瞬態(tài)抑制二極管），氣體放電管，PTC（熱敏電阻）等。這些防雷元器件的價(jià)格都很低。二、光耦合電路。(光隔離器件，價(jià)格較低，TPL521-4價(jià)格為2元左右。)三、磁耦合電路。磁隔離是ADI公司iCoupler專利技術(shù)，是基于芯片級變壓器的隔離技術(shù)。利用該公司生產(chǎn)的相關(guān)芯片可以大大簡化電路，減少PCB的面積。(adm2483的價(jià)格在10元左右，adm3251e的價(jià)格在10元~20元之間。)浪涌的來源：浪涌通常由自然界的雷電、電源系統(tǒng)（特別

2、是帶很重的感性負(fù)載）開關(guān)切換時(shí)引起的，浪涌的產(chǎn)生將帶來能量巨大的瞬變過壓或過流，例如感應(yīng)雷在RS-485傳輸線上引起的瞬變干擾，其能量可在瞬間燒毀連結(jié)傳輸線上的全部器件。通常所說的防浪涌，有兩個耐壓指標(biāo)，一個是共模，一個是差模。自然界雷電或大電流切換時(shí)產(chǎn)生的浪涌一般認(rèn)為是共模的，而差模形式的浪涌往往是由于數(shù)據(jù)電纜附近有高壓線經(jīng)過，數(shù)據(jù)電纜與高壓線之間因絕緣不良而產(chǎn)生的，雖然后者比前者產(chǎn)生的電壓和電流要小得多，但它不像前者那樣只維持很短的幾毫秒，而會在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地存在。光耦或磁耦器件標(biāo)稱的耐壓是共模，也就是前端到后端

3、之間的耐壓。如果超過這個耐壓，前端后端都一起燒壞；器件不會標(biāo)稱差模的耐壓，這個由電路的設(shè)計(jì)來決定，如果超過這個耐壓，前端燒壞，后端不會燒壞。防浪涌電路通常分為隔離法和規(guī)避法：一、隔離法光耦合（需要隔離電源）光耦合器（opticalcoupler，OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長

4、的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。只要浪涌產(chǎn)生的電壓幅值不超過光耦器件標(biāo)稱的值（通常為2500V），光耦就不會損壞，即使浪涌電壓長時(shí)間地存在也不會對被隔離的設(shè)備產(chǎn)生損害。值得注意的是，光耦一般只能抑制共模形式的浪涌，不能抑制差模形式的浪涌。光耦隔離在RS485或RS232通信中應(yīng)用很廣泛。使用光電隔離的優(yōu)勢是可以避免電氣或磁場的噪聲，而缺點(diǎn)是傳輸速度受限于LED的轉(zhuǎn)換速度、高功率散射以及磨損，而且還需要一個隔離型DC-DC電源。圖1光電隔離保護(hù)電路二、磁耦合磁耦基于ADI公司iCoupler磁隔離專利技術(shù)的隔

5、離器件，也稱為次隔離器。由于磁耦的目的是將輸入和輸出信號隔離開來，所以變壓器初級端電路與變壓器次級端電路必須在隔離的芯片上。變壓器本身可以放置在任意芯片上。以ADI公司的ADM2682E（適用于RS485）為例子來說明磁耦合在防浪涌中的作用。圖2磁耦合芯片ADM2682e內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADM268E2是具備±15kVESD保護(hù)功能的完全集成式5kVrm信號和電源隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，適合多點(diǎn)傳輸線路上的高速通信應(yīng)用。ADM2682E集成了一個5kVrms隔離DC/DC電源，省去了外部DC/DC隔離模塊。圖3磁耦保護(hù)電路與光耦相比，磁耦不僅僅少了

6、一個隔離型DC-CD電源，還少了一個電平轉(zhuǎn)換芯片，可大大減少PCB的面積。二、規(guī)避法主設(shè)備的地連在一起形成單點(diǎn)接地，一旦有浪涌出現(xiàn)就可以安全轉(zhuǎn)移浪涌能量，此外有必要增加一些抑制浪涌的器件。能將浪涌所產(chǎn)生的額有害電流在到達(dá)數(shù)據(jù)端口前泄放到地回路中去的器件，主要有TVS管、壓敏電阻、氣體放電管，它們都有一個鉗位電壓，一旦超過該鉗位電壓，器件就會在連接點(diǎn)之間產(chǎn)生一個低阻抗，從而轉(zhuǎn)移有害的電流，具體電路如下：圖4防雷器件TVS保護(hù)電路但這些器件由于轉(zhuǎn)移的能量很大而不能長時(shí)間維持。一般這些器件安裝在數(shù)據(jù)線與地之間，對于RS485或RS422系

7、統(tǒng)來說，應(yīng)該選擇額定電壓為6~8V的器件，同時(shí)，它們通常會給數(shù)據(jù)線帶來一些容性負(fù)載，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)有必要考慮減少整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)線的長度。安裝器件時(shí)應(yīng)盡可能地靠近被保護(hù)的設(shè)備，另外，用戶必須保證被保護(hù)設(shè)備的接地點(diǎn)與地之間的阻抗非常小，而且接地點(diǎn)與地連接用的線最好又粗又短，若超出1m，應(yīng)使用銅帶線或編制電纜。（1）單級防護(hù)數(shù)據(jù)線只需接一個TVS。（2）三級防護(hù)第一級是氣體放電管，可泄放大電流，由于浪涌同時(shí)產(chǎn)生非常高的尖峰電壓，氣體放電管太慢不能保護(hù)后面的固態(tài)電路；第二級是小電阻，一方面可限流，另一方面在第一級與第三級產(chǎn)生一個壓降；第三級

8、是TVS管，可足夠快地保護(hù)后面的固態(tài)電路，將電壓鉗位在一個安全的水平，從而保護(hù)數(shù)據(jù)線。圖5TVS管、氣體放電管及PTC組成的保護(hù)電路（RS485）圖6TVS管、氣體放電管及PTC組成的保護(hù)電路（RS232）三、隔離法與規(guī)避法的結(jié)合圖7