關于RS485防雷保護中的接地問題分析

第一級GDT（陶瓷放電管）用作大電流的泄放，第二級的TVS箝位電壓（單個TVS作差模保護，兩個串聯TVS作共模保護），中間用保險絲退耦，后端為485芯片。由于TVS共模保護是要保護后面的電路或者芯片，所以TVS的地和后端電路的信號地是連接在一起的，這樣才有保護意義。這四種方案的保護等級：可通過IEC61000-4-5；4級標準:1.2/50us4KV , 10/700us6KV。根據三者不同的接地組合方式，可以把接地分成四種情況(以下四種都是基于共模保護時的情況)。

一．四種接地方案電路原理圖

下面就是四種接地方案的電路原理圖，GDT（陶瓷放電管）接地，TVS（瞬態(tài)抑制二極管）接地，后端電路的是信號地，大家從圖中可以很方便的看到接地的情形。

二． 關于上面四種方案的測試數據

在1.2/50US波形4KV，做共模雷擊，測試的殘壓為如圖CD兩端的電壓，數據如下表所示。

三．對幾種方案和實驗數據的分析

從表格的測試數據中可以看到，方案一共模殘壓（CD兩端）比方案二和方案四要略高，當接地狀況不良好的時候,由于后端與大地之間進行了隔離，這時候對芯片的影響很小，跟第四種方案差不多，不過這種方案比第三種和第四種節(jié)約了成本；但是當大地狀況良好的時候，第二種接地方案比第一種要好。當大地電壓出現高電壓，或者電力線接觸到外殼引起大地電壓升高，這時候需要良好的接地隔離。所以當不清楚大地是否良好的時候，選擇第一種方案比第二種方案要好。

方案二的殘壓比第四種的殘壓要稍微低點，當接地良好的時候選用第二種比較好；如果接地情況不良，從地面過來的地反擊電壓很容易造成后端電路的異常；從前端過來的大電流大電壓，GDT與TVS組成回路，也可能與從后端電路組成回路，這個時候就要看后面芯片的耐壓。經過測試，一般485芯片的耐壓是40V到50V，不同廠家的芯片質量也不盡相同，耐壓有高有低。當地電壓超過芯片的耐壓值，芯片會被打死?？梢钥闯龇桨付€(wěn)定性不夠好。

方案三前后一起加GDT（陶瓷放電管）再接大地，這種方案跟方案二相比，殘壓高些。當浪涌從前端過來，要經過兩個陶瓷放電管放電才會將大電流泄放到大地，而且此時的電流很可能直接流向后端電路，而不是通過第二個陶瓷泄放到大地，當能量過大，芯片會被打死。當大地電壓沒有超過接地陶瓷放電管擊穿電壓的時候，對后端芯片可以起到保護作用，與第二種方案相比，增加了一個陶瓷放電管，很顯然這種方案不合理化，進而設計方案四的電路。

方案四共模殘壓不高，后端電路與地面進行了隔離，大地狀況的好壞與否對其影響不大，選這種相對第二種要好些。前端陶瓷放電管直接接地，將大電流直接泄放到大地，后端TVS起第二級保護，保護效果不錯。與第一種方案相比，方案四的成本有所增加，但殘壓比方案一要低；與第二種方案相比，穩(wěn)定性比它要好；與第三種相比較，它減少了從前端過來的電流的路徑，從而很好地保護了后端的電路或者芯片。

總結：一個方案的保護效果，殘壓高低，保護成本，應用環(huán)境，都是工程師需要慎重考慮的問題。