如何防止RS-485收发器系统免遭户外浪涌因素影响？

　　RS-485收发器设计旨在应对恶劣的工作环境。除了能够适应嘈杂的工厂环境外，RS-485收发器还可以在户外环境中稳定运行，抵御雷击等导致的电压浪涌对通信的干扰。
　　那么，您如何确信您的RS-485收发器能够应对高电压浪涌事件？
　　为帮助工程师确定系统的浪涌保护等级，国际电工委员会设立了IEC 61000-4-5浪涌标准。IEC 61000-4-5标准对户外通信应用至关重要，如远端射频单元、空调单元和互联网协议（IP）监控摄像头。
　　为确保您的系统能够应对各种突发的自然状况，您需要认真了解这一标准。本文重点介绍了防止系统免遭户外浪涌因素影响的多种保护方法，同时还说明了如何优化设计，实现节省空间、减少组件的效果。
　　在运行中实现浪涌保护
　　观看视频“”，了解TI RS-485收发器如何帮助设计人员在恶劣环境中运行，同时消除外部系统保护组件。
　　什么是IEC 61000-4-5浪涌抗扰度标准？
　　IEC 61000-4-5浪涌标准是RS-485收发器必须通过的一项严苛测试；测试会模拟一次雷击或工业浪涌。图1对比了RS-485收发器需要执行的三种常规测试。相比4kV的电快速瞬变脉冲群（EFT）（紫线）和10kV的静电释放（ESD）（蓝线）测试，0.5kV的浪涌（红线）的持续时间更长、能量更高（原因是电源阻抗较低）。
　　
　　图1：与EFT和ESD测试对比的浪涌测试
　　对受到户外因素影响的系统来说，浪涌抗扰是一种常见的强制性要求。IEC浪涌测试模拟电流涌入收发器，并且有不同的IEC标准分类等级（详见表1）。系统级设计通常需满足二级（1kV测试）或三级（2kV测试）要求。
　　
　　表1：IEC 61000-4-5浪涌类别
　　保护系统免受浪涌事件影响的方法有以下两种：（1）复杂的离散式解决方案：使用RS-485收发器和一些外部保护组件，或（2）使用集成了浪涌保护功能的RS-485收发器。我们先看离散式方案的要求，然后再看TI最新的RS-485收发器——THVD1429（以及低速版THVD1419）如何简化解决方案。
　　离散式浪涌保护
　　瞬态电压抑制（TVS）二极管、互补金属氧化物压敏电阻（MOV）和气体放电管等保护装置常装在收发器外部，目的是限制电压、吸收浪涌电流。图2所示为采用标准SN65HVD3082ERS-485收发器的RS-485 IEC ESD、EFT和浪涌保护参考设计，以及提供浪涌保护的其它外部组件。
　　
　　图2：采用离散式解决方案保护RS-485收发器，最多需要7个额外组件
　　采用这种方案，头号难题就是使用额外组件进行设计。第二个难题是，满足浪涌标准的保护装置很少——因此，组件的选择势必困难重重，而且价格昂贵。
　　通过使用MOV（图中第6、7）将电流导至地面，图2的设置就能实现浪涌保护。瞬态阻断单元（TBU）（图中第4、5）可限制电流进入收发器。通过前面两个阶段的电流，还会受到TVS二极管（图中第3）、限流电阻（R）（图中第1、2）的进一步限制。图2所示的这4级保护，需要在电路板上安装共计7个额外组件。这会带来更多麻烦，如设计和组件选择的复杂度更高、所需的电路板空间更大、材料清单上的组件更多。
　　集成浪涌保护功能，降低设计复杂度
　　相比复杂、昂贵、占空间的设计以及多种外部保护组件，THVD1429可助您简化系统。THVD1429是一款强大的RS-485收发器，集成了TVS保护，能承受2.5kV的浪涌。这款收发器无需外部保护组件，满足IEC 61000-4-5的三级（2kV）标准。
　　图3中所示的RS-485收发器的系统级设计，不同于图2的离散式方案，这里采用的是集成式解决方案。这套解决方案不但省去了几个外部保护组件，而且THVD1429符合行业标准的8引脚小型集成电路（SOIC-8）封装还能快速、便捷地评估和升级当前的收发器。
　　
　　图3：采用THVD1429或THVD1419的集成解决方案（2.5kV浪涌保护）
　　除2.5kV的集成浪涌保护外，RS-485收发器系列还有多款其他常见类型的保护器，包括8kV的接触放电ESD（IEC 61000-4-2）、4kV的EFT（IEC 61000-4-4）和16kV的人体模型ESD。这些收发器的片上保护功能大幅提升了设备和终端装置的稳定性。所以，无论您的目标是简化设计、还是节省时间、节约电路板空间，亦或是减少材料、提升浪涌保护评级，THVD1429 RS-485接收器系列都能让您的设计完美应对户外挑战。