本實用新型涉及弱電通信領域，具體涉及一種用于電子設備RS485接口的防雷保護電路。

背景技術：

許多電子設備通過RS485總線進行通訊，RS485總線理論上可以實現1KM的長距離傳輸，在應用過程中，長距離傳輸線路容易因為雷擊、干擾等原因引入高電壓，從而引起電子設備損壞。

弱電通信系統中，RS485收發器的正常工作電壓較低(±2～6V左右)，其本身長時間耐壓也非常低(-7V～+12V)，一旦高電壓引入，就會擊穿損壞。在有強烈的浪涌能量出現時，甚至可以造成RS485收發器爆裂，電路板燒焦。

一般防雷器采用一級或二級防雷保護設計，但這些防雷保護設計的電壓、電流的限制等級和過流響應速度都參差不齊，而且對差模、共模電壓的保護措施也不全面，導致防雷保護效果大打折扣。

綜上所述，現有的防雷保護設計存在以下缺點：

(1)電壓、電流的限制等級參差不齊；

(2)過流響應速度參差不齊；

(3)差模、共模電壓的保護措施不全面。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是現有的防雷保護設計的電壓、電流的限制等級和過流響應速度參差不齊以及差模、共模電壓的保護措施不全面的問題。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種用于電子設備RS485接口的防雷保護電路，包括第一級防雷電路和第二級防雷電路，所述第一級防雷電路包括并聯的第一陶瓷氣體放電管和第二陶瓷氣體放電管，RS485接口的接收端正極和負極產生的共模電壓通過所述第一陶瓷氣體放電管對地放電，接收端正極和負極產生的差模電壓通過所述第二陶瓷氣體放電管放電；所述第二級防雷電路包括抑制所述第一級防雷電路輸出的大電流通過的限流電阻以及將所述第一級防雷電路的輸出殘壓降低到RS485接口的標準工作電壓的第一瞬態抑制二極管和第二瞬態抑制二極管。

在上述技術方案中，所述第一陶瓷氣體放電管為三極氣體放電管，其漏極和源極分別與接收端正極和接收端負極連接，其柵極接地；所述第二陶瓷氣體放電管為兩極氣體放電管，其一端與接收端正極連接，另一端與接收端負極連接。

在上述技術方案中，所述限流電阻包括分別串接在接收端正極和接收端負極線路上的第一熱敏電阻和第二熱敏電阻，所述第一熱敏電阻和第二熱敏電阻在所述第一級防雷電路的輸出電流達到最大工作電流并持續升高時，阻值迅速增大，阻斷大工作電流的通過。

在上述技術方案中，所述第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的最大工作電流為250mA，耐壓為600V，過流保護的動作時間為1秒。

在上述技術方案中，所述第一瞬態抑制二極管和第二瞬態抑制二極管為雙極性。

在上述技術方案中，所述第一瞬態抑制二極管的一端與接收端正極連接，另一端與所述第二瞬態抑制二極管的一端接地，所述第二瞬態抑制二極管的另一端與接收端負極連接。

在上述技術方案中，所述第一級防雷電路與第二級防雷電路的接地電阻不超過10歐姆。

本實用新型通過第一級防雷電路對共模電壓和差模電壓進行放電，通過第二級防雷電路將第一級防雷電路的輸出殘壓降低到RS485接口的標準工作電壓，具有結構簡單，可靠性高，過流響應速度快，電壓、電流的限制等級高，持續過流抑制能力強，自恢復能力強等優點，維持了弱電通信系統的正常通信。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的一種用于電子設備RS485接口的防雷保護電路示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本實用新型做出詳細的說明。

本實用新型提供了一種用于電子設備RS485接口的防雷保護電路，如圖1所示，包括第一級防雷電路和第二級防雷電路，第一級防雷電路包括第一陶瓷氣體放電管(3R090)和第二陶瓷氣體放電管(2R090),第一陶瓷氣體放電管作為共模電壓抑制元件，將RS485接口的接收端正極A和負極B產生的共模電壓對地放電；第二陶瓷氣體放電管作為差模電壓抑制元件，對接收端正極A和負極B產生的差模電壓進行放電；第二級防雷電路包括限流電阻、第一瞬態抑制二極管和第二瞬態抑制二極管，限流電阻抑制第一級防雷電路輸出的大電流通過第二級防雷電路，當第一級防雷電路的輸出電流達到限流電阻的最大工作電流時，熔斷保險絲，第二級防雷電路成開路狀態，保護后面的接口電流。第一瞬態抑制二極管和第二瞬態抑制二極管為雙極性，將第一級防雷電路的輸出殘壓降低到RS485接口的標準工作電壓。

第一陶瓷氣體放電管為三極氣體放電管，其漏極和源極分別與接收端正極和接收端負極連接，其柵極接地；第二陶瓷氣體放電管為兩極氣體放電管，與第一陶瓷氣體放電管并聯后一端與接收端正極A連接，另一端與接收端負極B連接。

限流電阻包括分別串接在接收端正極A和接收端負極B線路上的第一熱敏電阻和第二熱敏電阻，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的最大工作電流為250mA，耐壓為600V，過流保護的動作時間為1秒，當第一級防雷電路的輸出電流達到最大工作電流并持續升高時，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的阻值迅速增大，從而阻斷大工作電流的通過，起到限制大工作電流的作用。

第一瞬態抑制二極管的一端與接收端正極A連接，另一端與第二瞬態抑制二極管的一端接地，第二瞬態抑制二極管的另一端與接收端負極B連接。

第一級防雷電路的工作原理為：

當電子設備的RS485接口正常工作時，第一陶瓷氣體放電管和第二陶瓷氣體放電管不工作。當電子設備的RS485接口發生雷擊時，RS485接口的接收端正極A感應的共模電壓V_A和接收端負極B感應的共模電壓V_B通過第一陶瓷氣體放電管對地放電，共模電壓V_A和共模電壓V_B對地放電后被削弱到約90V左右；RS485接口的接收端正極A和負極B感應的差模電壓V_AB通過第二陶瓷氣體放電管放電，差模電壓V_AB放電后被削弱到約90V左右。第一級防雷電路的一級防護形成了當直流擊穿電壓為100V/S時90V等級的電壓防護，將電壓的等級限制到了90V左右。

第一陶瓷氣體放電管可采用EPCOS T83-A90，第二陶瓷氣體放電管可采用EPCOS N81-A90，直流擊穿電壓為90V±20％，沖擊擊穿電壓<450V(1kV/μs)，耐沖擊電流(2/10μs)10kA，響應時間<0.2μs。第一陶瓷氣體放電管和第二陶瓷氣體放電管在一般放電(10/1000μs 200A)時，可有100～200次的放電使用壽命。

本方案中的第一陶瓷氣體放電管和第二陶瓷氣體放電管能夠承受大雷能量擊，但是卻不能夠在第一級防雷電路的一級防護中將雷擊電壓鉗制到一般RS485收發器可以承受的電壓水平，因此，需要進行第二級防護。

第二級防雷電路的工作原理為：

在RS485接口的接收端正極A和負極B分別串聯接入第一熱敏電阻(TSM600-250F-RA)和第二熱敏電阻(TSM600-250F-RA)，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的最大工作電流為250mA，在第一級防雷電路實現了電壓鉗制到90V后，通過第二級防雷電路實現對接收端正極A和負極B兩條線路的過流保護。

當電子設備的RS485接口正常工作時，流經第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的電流很小，不足以引起第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的溫升，當共模電壓和差模電壓引起的大電流通過第一熱敏電阻和第二熱敏電阻時，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻溫升變大，引起阻值的驟變，從而起到抑制大電流通過的目的，也保護了后續的元件。

第一瞬態抑制二極管(1.5KW 6.8V)和第二瞬態抑制二極管(1.5KW6.8V)將第一級防雷電路的輸出殘壓鉗制在6.8V左右，接近RS485接口的標準工作電壓，實現了對RS485接口的保護。同時，可以通過改變第一瞬態抑制二極管和第二瞬態抑制二極管的選型參數，實現電壓等級從5V到24V的弱電信號保護。

第一熱敏電阻和第二熱敏電阻可采用TYCO SM600-250F-RA作為自恢復保險絲，TYCO SM600-250F-RA的最大工作電流為250mA，耐壓為600V，過流保護的動作時間為1秒。當浪涌消失時，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的溫度逐漸下降，最后恢復到3歐姆的正常阻值，485通信線路也在這個過程中慢慢恢復正常。由于第一熱敏電阻和第二熱敏電阻正常工作時阻值為3歐姆，對485通信線路的通信質量幾乎沒有影響，所以特別適合長距離、多節點的接入環境。

第一級防雷電路和第二級防雷電路均接地，且接地電阻不超過10歐姆，從而可以大大提高防雷保護效果。

本方案提供的防雷保護電路的保護等級如下：

防雷標準：YD/T993-2006 4.0KV；浪涌能力：1500W；浪涌電流：200A；過流短路保護Ih：250mA。

本實用新型通過第一級防雷電路對共模電壓和差模電壓進行放電，通過第二級防雷電路將第一級防雷電路的輸出殘壓降低到RS485接口的標準工作電壓，具有結構簡單，可靠性高，使用壽命長，過流響應速度快，電壓、電流的限制等級高，持續過流抑制能力強，自恢復能力強等優點，維持了弱電通信系統的正常通信。

本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本實用新型的啟示下作出的結構變化，凡是與本實用新型具有相同或相近的技術方案，均落入本實用新型的保護范圍之內。