RS485總線節點的瞬態保護

電氣過應力所致功能失靈帶來的工業網絡故障時間產生的巨額費用使得網絡節點保護變得非常有必要，特別是靜電放電、電感開關和雷擊所引起的電氣瞬態的保護。因此，國際電工委員會 (IEC) 定義了三種瞬態抑制測試標準，旨在保證測試期間和測試后電路的正確運行。

　　本文簡要介紹了這些測試，并建議使用工業 RS-485 線纜和低電容瞬態電壓抑制器為您的網絡保護提供一種最有效的方法。

　　瞬態抑制測試系列

　　我們將討論三種 IEC 標準：

　　靜電放電 (ESD) 抗擾度 (IEC61000-4-2)

　　電氣快速瞬態 (EFT) 抗擾度，或猝發抗擾度 (IEC61000-4-4)

　　浪涌抗擾度 (IEC61000-4-5)

　　ESD 測試模擬了人體的靜電放電對電子設備的影響。ESD 發生器產生的測試脈沖為短歷時(100ns 以下)脈沖，并有一個約 1ns 的快速上升時間。盡管這種測試脈沖為低能量，但可以形成許多毀滅性的高電流，其足以毀壞一個收發器的內部保護電路。一個最小 ESD 測試序列由 20 次放電、10 個正極脈沖、10 個負極脈沖，以及每個脈沖之間的一秒暫停間隔組成。

　　猝發測試模擬了電感開關、繼電器觸點回跳等引起的日常開關瞬態。相比單測試脈沖的 ESD 測試，猝發發生器會產生一個完整序列的測試脈沖(稱作一個猝發)。每個猝發包括約 15000 個瞬態。一個完整測試序列的六個 10s 猝發(相互之間的暫停間隔為 10s)可在一分鐘內產生數百萬次脈沖。一次單脈沖持續時間很短(請參見圖 1b)，因此能量較低，但這種對收發器完全無休止的瞬態轟擊，會給其內部保護單元帶來巨大的挑戰。

　　浪涌測試是所有測試中最嚴格的測試，因為它模擬了雷電引起的開關瞬態。浪涌發生器產生的瞬態比 ESD 或猝發瞬態長約 1000 倍。另外，發生器的低源阻抗允許高壓下的高浪涌電流，從而代表高能量脈沖。由于其高能量成份，測試序列一般由五次正浪涌脈沖和五次負浪涌脈沖(一分鐘或更短時間脈沖之間存在時間間隔)組成。

　　圖 1 ESD(左)、猝發(中間)和浪涌脈沖(右)舉例

　　注釋：電流和電壓被標準化。若要了解絕對值，請參考實際標準。

　　保護總線節點

　　選擇低成本的 CAT5 工業 RS-485 線纜或者平帶 (flat-band) 線纜可以消除引入總線線路的主要瞬態能量。Belden 3107A(請參見圖 2)等線纜具有編織屏蔽作用，可以極大地降低耦合至信號導線中的噪聲。更低的信號線噪聲，意味著對下列保護電路的瞬態影響更小。