RS-485端口保護(hù)評(píng)估板4：設(shè)計(jì)與測(cè)試全解析

引言

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，RS - 485串口的保護(hù)至關(guān)重要。今天要給大家介紹的是Bourns公司的RS - 485端口保護(hù)評(píng)估板4，它能幫助工程師評(píng)估RS - 485串口的電路保護(hù)解決方案。該評(píng)估板采用了Bourns? TBU?高速保護(hù)器（HSP）、氣體放電管（GDT）浪涌抑制器和瞬態(tài)電壓抑制器（TVS），符合RS - 485端口接口的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，相比其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，具有更出色的性能。

文件下載：RS-485EVALBOARD4.pdf

評(píng)估板特點(diǎn)

尺寸與制造工藝

評(píng)估板尺寸為35 mm x 25 mm x 0.85 mm，采用FR - 4 PCB制造，上下兩側(cè)有鎳金焊盤鍍層。這種設(shè)計(jì)不僅小巧，而且在性能上也有保障。

雙通道設(shè)計(jì)節(jié)省PCB空間

Bourns之前的三款RS - 485評(píng)估板（EVB1、2和3）使用的是單通道的Bourns? Model TBU - CA。而這款新的評(píng)估板采用了雙通道的Bourns? Model TBU - DF HSP，進(jìn)一步減少了PCB面積，為設(shè)計(jì)師節(jié)省了寶貴的空間。

測(cè)試連接方法

要進(jìn)行測(cè)試設(shè)置，需要將J1A和J1B連接到暴露線路，J2A和J2B連接到RS - 485 IC設(shè)備。這樣的連接方式簡(jiǎn)單明了，方便工程師進(jìn)行測(cè)試。

物料清單

該評(píng)估板默認(rèn)配置使用TBU? HSP、GDT和TVS二極管。同時(shí)，它還支持不同的配置，例如可以用兩個(gè)Model TISP4350J3BJR - S、兩個(gè)Model TISP4500H3BJR - S或一個(gè)Model 2036 - 07 - SM - RPLF替換一個(gè)Model 2030 - 42T - SM - RPLF。

RS - 485端口保護(hù)場(chǎng)景

惡劣戶外環(huán)境

在戶外安裝中，感應(yīng)雷電浪涌是一個(gè)威脅。這類應(yīng)用的客戶通常熟悉ITU - T K.20/21/44建議（規(guī)定10/700 μs電壓、浪涌）或Telcordia GR - 1089 - CORE、IEC 61000 - 4 - 5標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)定CWG 8/20 μs電流、1.2/50 μs電壓浪涌）。

長(zhǎng)電纜布線

在長(zhǎng)電纜布線中，多條線路（數(shù)據(jù)和交流電源）在同一管道或電纜中使用。發(fā)生故障時(shí)，交流電源線可能與信號(hào)線接觸。這些應(yīng)用需要進(jìn)行ITU - T K.20/21/44規(guī)定的230 VAC測(cè)試，或Telcordia GR - 1089 - CORE規(guī)定的120 VAC測(cè)試。即使是低電壓應(yīng)用，也會(huì)使用這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試來(lái)評(píng)估保護(hù)解決方案的魯棒性。

安裝錯(cuò)誤和故障保護(hù)

RS - 485端口可能會(huì)遇到安裝錯(cuò)誤和故障，例如12V DC或24V DC線路與信號(hào)線一起布線，電纜中的其他暴露線路可能會(huì)在RS - 485端口上感應(yīng)雷電浪涌，還可能存在未經(jīng)授權(quán)用戶的惡意攻擊。通常，滿足前兩種場(chǎng)景更高保護(hù)級(jí)別的解決方案可以應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。

過(guò)壓保護(hù)器（OVP）選擇

過(guò)壓保護(hù)器（OVP）的轉(zhuǎn)折電壓（(V{BO})）或脈沖擊穿電壓（(V{imp})）應(yīng)低于TBU? HSP的最大脈沖峰值電壓（(V_{imp})），同時(shí)應(yīng)高于交流電源交叉的最大電壓（(VAC)的峰值）。

浪涌能力測(cè)試

基于不同標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)Bourns的RS - 485評(píng)估板4進(jìn)行了各種浪涌測(cè)試。以下是部分測(cè)試結(jié)果：

TBU - DF055 - 300 - WH與TISP4350J3BJR - S組合

• 4 kV 1.2/50 μs浪涌：施加4 kV（95.2 A）浪涌時(shí)，TBU - DF055 - 300 - WH迅速進(jìn)入阻塞狀態(tài)，線路電壓隨浪涌增加。當(dāng)線路電壓達(dá)到TISP4350J3BJR - S的(V_{BO})（350V）時(shí)，TISP4350J3BJR - S觸發(fā)將線路短路到地。受保護(hù)接口僅承受小于1 μs的300 mA瞬態(tài)電流，瞬間暴露于360 V的低線路電壓。
• 6 kV 10/700 μs浪涌：施加6 kV（150 A）浪涌時(shí)，情況類似，受保護(hù)接口僅承受小于1 μs的300 mA瞬態(tài)電流，瞬間暴露于352 V的低線路電壓。

TBU - DF085 - 300 - WH與2030 - 42T - SM - RPLF組合

• 4 kV 1.2/50 μs浪涌：施加4 kV（95.2 A）浪涌時(shí)，TBU - DF085 - 300 - WH迅速觸發(fā)，當(dāng)線路電壓達(dá)到2030 - 42T - SM的(V_{BO})（850 V）時(shí)，2030 - 42T - SM觸發(fā)將線路短路到地。受保護(hù)接口僅承受小于1 μs的300 mA瞬態(tài)電流，瞬間暴露于820 V的低線路電壓。
• 6 kV 10/700 μs浪涌：施加6 kV（150 A）浪涌時(shí)，受保護(hù)接口僅承受小于1 μs的300 mA瞬態(tài)電流，瞬間暴露于560 V的低線路電壓。

交流電源交叉能力測(cè)試

以TBU - DF055 - 300 - WH與TISP4350J3BJR - S組合為例，當(dāng)施加120 V AC時(shí)，由于120 V AC的峰值電壓小于TISP4350J3BJR - S的(V{BO})（350 V），TISP4350J3BJR - S不會(huì)觸發(fā)，保持高阻抗。當(dāng)線路電流達(dá)到TBU - DF055 - 300 - WH的觸發(fā)電流（300 mA）時(shí)，TBU - DF055 - 300 - WH迅速進(jìn)入阻塞狀態(tài)，阻止電流流入受保護(hù)端口。當(dāng)交流電壓降至(V{reset})以下時(shí)，TBU - DF055 - 300 - WH將恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)。

總的來(lái)說(shuō)，Bourns的RS - 485端口保護(hù)評(píng)估板4在浪涌保護(hù)和交流電源交叉保護(hù)方面表現(xiàn)出色，為RS - 485端口的保護(hù)提供了可靠的解決方案。各位工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不妨考慮使用這款評(píng)估板，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的配置。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些類似的保護(hù)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。