適合智能電表的內(nèi)置ESD保護(hù)RS-485芯片

　　傳統(tǒng)機(jī)械式電表只能記錄所消耗的累積用電量，但對(duì)于電源實(shí)際消耗狀況卻不得而知。相比之下，智能電表還可以記錄每個(gè)用戶的月度用電量、功率因數(shù)及分時(shí)用電量等信息。將這些信息統(tǒng)一收集到用電信息采集系統(tǒng)集中器中，實(shí)時(shí)傳送給電力部門(mén)，便能使其對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行分析預(yù)測(cè)和平衡管理調(diào)配，使電力部門(mén)不會(huì)因輸出多余電力而造成能源損失。其中智能電表與電力部門(mén)之間的通信網(wǎng)絡(luò)便是智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)二次系統(tǒng)由智能電表和集中器等設(shè)備組成。目前可供選擇的通信接口包括ZigBee、電力線載波（PLC）、以太網(wǎng)以及RS-485網(wǎng)絡(luò)等，其中RS485網(wǎng)絡(luò)因其架設(shè)成本低、整體安裝簡(jiǎn)便，而被作為智能電表必備的標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-485通信線因?yàn)橐话慵茉O(shè)在室外或沿電纜線進(jìn)行鋪設(shè)，所以較易受到雷擊及其它靜電干擾而導(dǎo)致同一條總線上大量的智能電表設(shè)備損壞。晶焱科技憑借長(zhǎng)期在ESD保護(hù)領(lǐng)域所累積的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推出了具有抗雷擊保護(hù)能力（達(dá)IEC61000-4-5 （8/20μs） ±30A）和系統(tǒng)級(jí)靜電放電（ESD）防護(hù)能力（達(dá)IEC 61000-4-2接觸放電±30kV）的RS485收發(fā)器AZRS3082。

　　ESD/雷擊保護(hù)在智能電表中的意義

　　智能電網(wǎng)的一根RS-485總線上可掛接數(shù)十甚至上百塊智能電表。雷擊浪涌的發(fā)生將會(huì)造成總線上數(shù)塊智能電表?yè)p壞。故雷擊保護(hù)措施是智能電表RS-485接口在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的問(wèn)題，同時(shí)也是提高系統(tǒng)可靠性及安全性的重要措施。

　　DL/T645通信規(guī)約要求RS485收發(fā)器通信接口A、B端所承受的人體模型（Human Body Model，HBM）靜電放電需滿足15kV標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際應(yīng)用上這樣的防護(hù)卻是不夠的。因此目前一般的解決方法是在RS-485收發(fā)器外部加上瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）來(lái)抑制浪涌電壓，而一般的TVS很難做到大功率級(jí)，當(dāng)雷擊浪涌發(fā)生時(shí)，瞬態(tài)大電能將直接損壞一般的TVS，尤其是集成在芯片中的TVS更加脆弱，因此在設(shè)計(jì)上還必須外加雷擊浪涌保護(hù)器件。

　　目前外加的雷擊浪涌保護(hù)器件包括陶瓷氣體放電管、壓敏電阻及TVS三種。放電管的耐電流能力強(qiáng)，但其反應(yīng)速度慢，鉗位電壓也很高（約為800V左右），這些特性使其保護(hù)效果大打折扣，常會(huì)遇到即使加了放電管，受保護(hù)器件仍會(huì)損害的情況。壓敏電阻寄生電容大，導(dǎo)通電阻高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大，故也不適用于RS-485接口的保護(hù)。傳統(tǒng)的利用半導(dǎo)體制作的TVS雖然反應(yīng)速度極快，但其耐大電壓、大電流的能力不足，所以也難以抵擋雷擊浪涌的沖擊。

　　對(duì)于雷擊浪涌，既要利用半導(dǎo)體制作的TVS進(jìn)行全方位保護(hù)，又要將其集成到芯片之中一般很難實(shí)現(xiàn)。晶焱科技的RS-485收發(fā)器AZRS3082成功地將可抵擋雷擊浪涌的特殊TVS內(nèi)置到芯片之中，其傳輸線脈沖（TLP）雙向特性曲線如圖1所示。與其它內(nèi)置雷擊保護(hù)收發(fā)器的雷擊浪涌測(cè)試特性比較如圖2所示。由圖可看出AZRS3082不僅可以承受更高的雷擊浪涌電流，還具有更低的浪涌鉗位電壓。TVS浪涌鉗位電壓越低，那么它對(duì)芯片的保護(hù)效果也越好。

　　這款內(nèi)置特殊TVS的RS485收發(fā)器還提供了系統(tǒng)級(jí)靜電放電ESD保護(hù)，從而使得通信線接口A、B端能得到更完整的保護(hù)。其RS-485通信口A、B的耐壓、耐流規(guī)格如下：

　　IEC 61000-4-2接觸放電±30kV；

　　IEC 61000-4-2氣隙放電±30kV；

　　IEC 61000-4-4電快速瞬變脈沖群（EFT） （5/50ns） 4.4kV；

　　IEC 61000-4-5雷擊浪涌（8/20μs） ±30A。

　　傳統(tǒng)機(jī)械式電表只能記錄所消耗的累積用電量，但對(duì)于電源實(shí)際消耗狀況卻不得而知。相比之下，智能電表還可以記錄每個(gè)用戶的月度用電量、功率因數(shù)及分時(shí)用電量等信息。將這些信息統(tǒng)一收集到用電信息采集系統(tǒng)集中器中，實(shí)時(shí)傳送給電力部門(mén)，便能使其對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行分析預(yù)測(cè)和平衡管理調(diào)配，使電力部門(mén)不會(huì)因輸出多余電力而造成能源損失。其中智能電表與電力部門(mén)之間的通信網(wǎng)絡(luò)便是智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)二次系統(tǒng)由智能電表和集中器等設(shè)備組成。目前可供選擇的通信接口包括ZigBee、電力線載波（PLC）、以太網(wǎng)以及RS-485網(wǎng)絡(luò)等，其中RS485網(wǎng)絡(luò)因其架設(shè)成本低、整體安裝簡(jiǎn)便，而被作為智能電表必備的標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-485通信線因?yàn)橐话慵茉O(shè)在室外或沿電纜線進(jìn)行鋪設(shè)，所以較易受到雷擊及其它靜電干擾而導(dǎo)致同一條總線上大量的智能電表設(shè)備損壞。晶焱科技憑借長(zhǎng)期在ESD保護(hù)領(lǐng)域所累積的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推出了具有抗雷擊保護(hù)能力（達(dá)IEC61000-4-5 （8/20μs） ±30A）和系統(tǒng)級(jí)靜電放電（ESD）防護(hù)能力（達(dá)IEC 61000-4-2接觸放電±30kV）的RS485收發(fā)器AZRS3082。

　　ESD/雷擊保護(hù)在智能電表中的意義

　　智能電網(wǎng)的一根RS-485總線上可掛接數(shù)十甚至上百塊智能電表。雷擊浪涌的發(fā)生將會(huì)造成總線上數(shù)塊智能電表?yè)p壞。故雷擊保護(hù)措施是智能電表RS-485接口在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的問(wèn)題，同時(shí)也是提高系統(tǒng)可靠性及安全性的重要措施。

　　DL/T645通信規(guī)約要求RS485收發(fā)器通信接口A、B端所承受的人體模型（Human Body Model，HBM）靜電放電需滿足15kV標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際應(yīng)用上這樣的防護(hù)卻是不夠的。因此目前一般的解決方法是在RS-485收發(fā)器外部加上瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）來(lái)抑制浪涌電壓，而一般的TVS很難做到大功率級(jí)，當(dāng)雷擊浪涌發(fā)生時(shí)，瞬態(tài)大電能將直接損壞一般的TVS，尤其是集成在芯片中的TVS更加脆弱，因此在設(shè)計(jì)上還必須外加雷擊浪涌保護(hù)器件。

　　目前外加的雷擊浪涌保護(hù)器件包括陶瓷氣體放電管、壓敏電阻及TVS三種。放電管的耐電流能力強(qiáng)，但其反應(yīng)速度慢，鉗位電壓也很高（約為800V左右），這些特性使其保護(hù)效果大打折扣，常會(huì)遇到即使加了放電管，受保護(hù)器件仍會(huì)損害的情況。壓敏電阻寄生電容大，導(dǎo)通電阻高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大，故也不適用于RS-485接口的保護(hù)。傳統(tǒng)的利用半導(dǎo)體制作的TVS雖然反應(yīng)速度極快，但其耐大電壓、大電流的能力不足，所以也難以抵擋雷擊浪涌的沖擊。

　　對(duì)于雷擊浪涌，既要利用半導(dǎo)體制作的TVS進(jìn)行全方位保護(hù)，又要將其集成到芯片之中一般很難實(shí)現(xiàn)。晶焱科技的RS-485收發(fā)器AZRS3082成功地將可抵擋雷擊浪涌的特殊TVS內(nèi)置到芯片之中，其傳輸線脈沖（TLP）雙向特性曲線如圖1所示。與其它內(nèi)置雷擊保護(hù)收發(fā)器的雷擊浪涌測(cè)試特性比較如圖2所示。由圖可看出AZRS3082不僅可以承受更高的雷擊浪涌電流，還具有更低的浪涌鉗位電壓。TVS浪涌鉗位電壓越低，那么它對(duì)芯片的保護(hù)效果也越好。

　　這款內(nèi)置特殊TVS的RS485收發(fā)器還提供了系統(tǒng)級(jí)靜電放電ESD保護(hù)，從而使得通信線接口A、B端能得到更完整的保護(hù)。其RS-485通信口A、B的耐壓、耐流規(guī)格如下：

　　IEC 61000-4-2接觸放電±30kV；

　　IEC 61000-4-2氣隙放電±30kV；

　　IEC 61000-4-4電快速瞬變脈沖群（EFT） （5/50ns） 4.4kV；

　　IEC 61000-4-5雷擊浪涌（8/20μs） ±30A。