现代工业网络依赖健壮的RS-485通信链路进行远程数据传输。这些网络在恶劣的电磁环境中运行，必须能够承受电过应力(EOS)事件而不损坏。Semtech的保护产品集团应用工程团队最近有机会与瑞萨公司工程师们正在进行一项参考设计，以保护瑞萨公司用于工业应用的故障保护RS-485收发器。
RS-485网络中的EOS威胁
在工业RS-485网络中有两种主要类型的EOS威胁。首先是由于物理安装。工业直流电源电压通常通过与RS-485网络相同的管道进行分配。电源和数据导体之间的短路可能是由于错误的布线和绝缘断开造成的。瑞萨的过压保护收发器具有高抗压能力的总线终端，设计用于应对上述短路事件。第二类威胁是由于EFT、ESD和雷击引起的浪涌而产生的瞬态过电压。对于这种类型的威胁，需要一个外部保护设备。与其他保护技术相比，瞬态电压抑制(TVS)二极管响应时间快，夹紧电压低，是首选的保护技术。
TVS二极管选择参数
Semtech的TClamp®3602便士提供了一个理想的解决方案。在选择TClamp3602P时，有几个因素需要考虑。首先，工作电压必须高于RS-485收发器的共模电压范围(CMVR)。在这种情况下，所讨论的收发器具有+/-25V的CMVR，用于工业直流总线。这些总线的额定工作电压为24V，但电压偏移高达36V。TClamp3602P的工作电压为36V，最小击穿电压为40V，因此在正常工作条件下不会触发，即使在最坏的情况下工业直流母线电压。其次，TVS的电容应该足够低，以免对信号传输产生不利影响。TClamp3602P设计了一个内部导向二极管阵列，以降低整体电容至4pF最大值。该设备可用于长途网络或高速(40Mbps)点对点数据链路。最后，触发器和TLP夹紧电压应该低于收发器的内部保护电路，以避免在浪涌事件中损坏。 TLP analysis of the Renesas transceivers showed the internal protection structures to have a trigger voltage greater than 70V. The main TVS die in TClamp3602P triggers between 40–50V ensuring it will trigger before the transceiver structures (Figure 1). The deep snap-back characteristic minimizes the stress on the protected transceiver.
图1 - Tclamp3602P IV特性曲线©Semtech Corporation 2020
测试设计配置
两种设计配置在Semtech的应用实验室进行了测试。在第一种设计中，一个TClamp3602P被用来保护两条数据线(图2)。虽然组件数量减少了，但这种配置的缺点是限制了收发器的共模范围。使用两个TClamp3602P芯片，每个数据线一个(图3)，可以利用收发器的全共模范围，并提供优越的对称夹紧特性。每种配置都按照IEC 61000-4-2 (ESD)、IEC 61000-4-4 (EFT)和IEC 61000-4-5 (Surge)进行了测试。IEC61000-4-2和IEC61000-4-4均通过ESD +/- 25kV ESD触点放电和+/- 30kv ESD空气放电，+/- 2kV EFT放电。对于浪涌，单个电视配置在IEC61000-4-5上通过了1.75kV (tp= 1.2/50us)，而两个TClamp3602P芯片的配置在相同的测试条件下通过了+/-3.0kV。
图2 -部分共模范围的不对称夹紧解决方案©Semtech Corporation 2020
图3 -全共模范围对称夹紧方案©Semtech Corporation 2020
测试结果证实，TClamp3602P和瑞萨的过压保护收发器的组合为设计者在RS-485应用中提供了一个容易实现的、健壮的解决方案。
详细的申请说明可从瑞萨．
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