CN203377595U

CN203377595U - 保护rs422通讯信号的防雷电路

Info

Publication number: CN203377595U
Application number: CN201320357065.2U
Authority: CN
Inventors: 武素珍; 陈小萍
Original assignee: PUHE SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI; SHANGHAI YILEI ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; SHANGHAI ELX INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: PUHE SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI; SHANGHAI YILEI ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; SHANGHAI ELX INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-06-21

Abstract

本实用新型提供一种保护RS422通讯信号的防雷电路，具有这样的特征：具有两组结构相同的防雷电路；两组防雷电路包括，发射信号接出端OT1、OT2，通过第一电阻R1a、R1b与发射信号接入端IT1、IT2连接；接收信号接出端OR1、OR2，通过第二电阻R2a、R2b与接收信号接入端IR1、IR2相连；三极气体放电管GDT1、GDT2，公共端与安全接地端PE连接，另外两端分别与发射信号接入端IT1、IT2，接收信号接入端IR1、IR2相连；第一瞬态电压抑制器TVS1、TVS4两端分别与发射信号接出端OT1、OT2，接收信号接出端OR1、OR2连接；第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5两端分别与接收信号接出端OR1、OR2，安全接地端PE连接；第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6两端分别与发射信号接出端OT1、OT2，安全接地端PE连接。

Description

保护RS422通讯信号的防雷电路

技术领域

本实用新型涉及一种防雷电路，特别涉及一种能够对符合RS422通信规约的通讯信号进行防雷保护的防雷电路。

背景技术

RS422是由美国电子工业协会（EIA）制订并发布的串行数据通讯接口标准。RS422数据传输速率高、抗扰性强、通讯距离远，特别是在100m以上的远程通讯中能够实现联网功能而在现行的数据远程通讯布网工程中被广泛采用来实现远程网络通讯。

在RS422构成的远程通讯传输网络结构中，传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设，在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变干扰而导致传输线上的多个通讯收发设备损坏，严重时会导致数据丢失，整个通讯系统瘫痪，资源损失惨重！故RS422通讯传输信号的防雷是工程设计和现场布线施工中必须考虑的问题，也是提高网络传输系统可靠性一个十分重要的措施。

RS422有4根信号线：两根发送信号线T1和T2、两根接收信号线R1和R2，也称四线制通讯接口。RS422采用平衡驱动和差分接收的组合通讯方式，可以通过两对传输线全双工同时接收和发送通讯信号而互不影响。在现有RS422通讯信号的防雷技术中，应用较为广泛的是按照RS422对通讯信号差分模式传输的特点只考虑了差模信号的防雷保护而忽略了雷电干扰信号中的共模抑制防护。因此，这种防雷措施是不全面的。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种对具有RS422四线制通讯接口的两对收、发通讯信号进行差模和共模全面防雷保护的防雷电路。

本实用新型提供一种保护RS422通讯信号的防雷电路，具有这样的特征：具有两组结构相同的防雷电路；两组防雷电路包括，发射信号接入端IT1、IT2，接收信号接入端IR1、IR2，第一电阻R1a、R1b，第二电阻R2a、R2b和安全接地端PE，发射信号接出端OT1、OT2，接收信号接出端OR1、OR2；发射信号接出端OT1、OT2，通过第一电阻R1a、R1b与发射信号接入端IT1、IT2连接；接收信号接出端OR1、OR2，通过第二电阻R2a、R2b与接收信号接入端IR1、IR2相连；三极气体放电管GDT1、GDT2，该三极气体放电管的公共端与安全接地端PE连接，另外两端分别与发射信号接入端IT1、IT2，接收信号接入端IR1、IR2相连；第一瞬态电压抑制器TVS1、TVS4，一端与发射信号接出端OT1、OT2和第一电阻R1a、R1b之间连接，另一端与接收信号接出端OR1、OR2和第二电阻R2a、R2b之间连接；第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5，一端与接收信号接出端OR1、OR2和第二电阻R2a、R2b之间连接，另一端与安全接地端PE连接；第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6，一端与发射信号接出端OT1、OT2和第一电阻R1a、R1b之间连接，另一端与安全接地端PE连接。

另外，本实用新型提供一种保护RS422通讯信号的防雷电路，还可以具有这样的特征：第一电阻R1a、R1b和第二电阻R2a、R2b均为高精度金属氧化膜功率电阻，电阻值为1～5Ω。

另外，本实用新型提供一种保护RS422通讯信号的防雷电路，还可以具有这样的特征：第一瞬态电压抑制器TVS1、TVS4，第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5和第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6均为两个反向并联的单向瞬态抑制二极管。

进一步，本实用新型提供一种保护RS422通讯信号的防雷电路，还可以具有这样的特征：三极气体放电管GDT1、GDT2为三端陶瓷气体放电管。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型提供的保护RS422通讯信号的防雷电路，因为该防雷电路对四线制平衡驱动和差分传输的RS422通讯信号提供了信号共模和信号差模防雷保护，所以该防雷电路可以对符合RS422通讯规约的通讯信号进行全面的防雷击电涌保护，尤其在现行的数据通讯布网工程中需采用RS422来实现远程网络通讯的新信息时代，使得该防雷电路得到了大量应用，从而提高了资源的有效利用率、保证了远程网络通讯的安全性、可靠性。

另一方面，因为本实用新型防雷电路采用两级保护电路，第一级保护电路能够泄放电流，所以该防雷电路具有较高的通流容量；第二级保护电路在两组发、收信号OT1和OR1、OT2和OR2之间、两组发射信号OT1、OT2分别与地PE之间以及两组接收信号OR1、OR2分别与地PE之间采用反向并联瞬态电压抑制器能够钳制电压，并为四线制平衡差分通讯的RS422通讯信号提供信号共模和信号差模全面的防雷保护；两级保护电路通过功率电阻R1a、R1b、R2a、R2b进行能量匹配，使得该防雷电路通流大，插入损耗小，响应速度快，传输速率高，使用可靠。

附图说明

图1为本实用新型在实施例中保护RS422通讯信号的防雷电路原理图；

图2为本实用新型在实施例中保护RS422通讯信号的防雷电路与被保护RS422通讯信号连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例来对本实用新型作进一步地说明。

图1为本实用新型在实施例中保护RS422通讯信号的防雷电路原理图。

如图1所示，保护RS422通讯信号的防雷电路，具有两组结构相同的防雷电路，包括：两个发射信号接入端IT1和IT2、两个接收信号接入端IR1和IR2、两个发射信号接出端OT1和OT2、两个接收信号接出端OR1和OR2，一个安全接地端PE；两个三极气体放电管GDT1和GDT2；两个第一电阻R1a和R1b、两个第二电阻R2a和R2b；两个第一瞬态电压抑制器TVS1和TVS4，两个第二瞬态电压抑制器TVS2和TVS5和两个第三瞬态电压抑制器TVS3和TVS6。

两个发射信号接出端OT1、OT2分别通过第一电阻R1a、R1b与两个发射信号接入端IT1、IT2相连。

两个接收信号接出端IR1、IR2分别通过第二电阻R2a、R2b与两个接收信号接入端IR1、IR2相连。

两个三极气体放电管GDT1和GDT2为三端陶瓷气体放电管。气体放电管GDT1和GDT2各有三个电极，其中：一个电极分别与发射信号接入端IT1、IT2相连、一个电极分别与接收信号接入端IR1、IR2相连、一个电极为公共端电极与安全地PE相连。

气体放电管GDT1、GDT2构成防雷电路的第一级保护电路，当发生雷击时，如果雷击电流过大，则气体放电管击穿导通，将雷击大电流导入安全地端PE，从而降低流经RS422两组收发通讯信号回路的电流，最终起到保护通讯信号的作用。

分别连接在两个发射信号接出端OT1、OT2和两个接收信号接出端OR1、OR2之间的第一瞬态电压抑制器TVS1，TVS4分别由两个反向并联的单向瞬态抑制二极管组成。在雷击时能够将两个发射信号接出端与两个接收信号接出端OT1、OR1和OT2、OR2之间的第一端电压U₁钳制在30V以内。第一端电压U₁为后端接入的被保护RS422通讯信号的两个发射信号端与两个接收信号端T1、R1和T2、R2之间的安全绝缘电压，是为四线制平衡差分通讯形式的RS422通讯信号提供的信号差模防雷保护。

分别连接在两个接收信号接出端OR1、OR2和安全地端PE之间的第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5，由两个反向并联的单向瞬态抑制二极管组成。在雷击时能够将两个接收信号接出端OR1、OR2与安全接地端PE之间的第二端电压U₂钳制在30V以内。第二端电压U₂为后端接入的被保护RS422通讯信号两个接收信号端R1、R2与安全地之间的电压，是为四线制平衡差分通讯形式的RS422通讯信号提供的信号共模防雷保护。

分别连接在两个发射信号接出端OT1、OT2和安全接地端PE之间的第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6，由两个反向并联的单向瞬态抑制二极管组成。在雷击时能够将两个接收信号接出端OT1、OT2与安全接地端PE之间的第三端电压U₃钳制在30V以内。第三端电压U₃为后端接入的被保护RS422通讯信号两个发射信号端T1、T2与安全地之间的电压，是为四线制平衡差分通讯形式的RS422通讯信号提供的信号共模防雷保护。

第一瞬态电压抑制器TVS1、TVS4，第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5，第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6构成防雷电路的第二级保护电路。当发生雷击时，能以小于10nS的快速从正反两个方向吸收瞬时大电流，降低该级保护电路的阻抗，将第一端电压U₁、第二端电压U₂、第三端电压U₃钳制在后端接入的RS422通讯信号的安全保护电压范围或绝缘水平上，对RS422通讯信号提供信号共模和信号差模全面的防雷保护；采用两个反向并联的单向瞬态抑制二极管，可以大大减小接入电容，在实现防雷的同时减小对通讯信号的插入损耗。

两个第一电阻R1a和R1b、两个第二电阻R2a和R2b为高精度金属氧化膜功率电阻，电阻值为1～5Ω，本实施例取值为2Ω，功率值为2W。当遭到雷击时，两个第一电阻R1a和R1b、两个第二电阻R2a和R2b分别对雷击电流进行限流和在两级保护电路之间进行能量匹配。

本实施例中，防雷电路可以与符合RS422通信规约的通讯信号进行防雷保护相连，用于对四线制平衡驱动和差分接收的RS422通讯信号进行防雷击电涌保护。

图2为本实用新型在实施例中保护RS422通讯信号防雷电路与被保护RS422通讯信号的连接示意图。

如图2所示，RS422通讯信号具有两个发射信号端T1、T2和两个接收信号端R1、R2，为四线制平衡差分通讯形式。当未连接本防雷电路时，RS422通讯信号在信号的收发通讯过程中，如遇雷电、操作过电压或静电干扰等会出现信号中断、乱码等通讯故障；当连接本防雷电路后，信号的收发通讯过程受到防雷、操作过电压或静电干扰保护。

其中，保护RS422通讯信号防雷电路的两个发射信号接入端IT1、IT2分别接入未受保护的RS422通讯信号的两个发射信号端T1、T2；两个接收信号接入端IR1、IR2分别接入未受保护的RS422通讯信号的两个接收信号端R1、R2。

保护RS422通讯信号防雷电路的两个发射信号接出端OT1、OT2分别连接被保护RS422通讯信号的两个发射信号端T1、T2。

保护RS422通讯信号防雷电路的两个接收信号接出端OR1、OR2分别连接被保护RS422通讯信号的两个接收信号端R1、R2。

本实施例中保护RS422通讯信号防雷电路的防雷原理如下：

当无雷击时，两级防雷电路均呈高阻抗，但是RS422通讯信号的接收信号T1、T2和发射信号R1、R2能够在防雷电路中正常传输而不受干扰。

当发生雷击时，第二级保护电路在雷击1‐10ns快速响应首先导通，第一瞬态电压抑制器TVS1、TVS4，第二瞬态电压抑制器TVS2、TVS5和第三瞬态电压抑制器TVS3、TVS6分别将第一端电压U₁、第二端电压U₂和第三端电压U₃精确地钳制在后端被保护RS422通讯信号的安全范围或绝缘水平上。本实施例中，该范围为30V以下。

当雷击产生的电流更大，这时第一端电压U₁、第二端电压U₂和第三端电压U₃升高，通过能量匹配电阻R1a、R1b、R2a、R2b传导到第一级保护电路，推动第一级保护电路的气体放电管GDT1、GDT2放电动作，把大电流泄放到地。

实施例的作用与效果

根据本实用新型保护RS422通讯信号的防雷电路，因为该防雷电路采用六组瞬态电压抑制器TVS1、TVS2、TVS3、TVS4、TVS5、TVS6，两个气体放电管GDT1、GDT2和四个能量匹配电阻R1a、R1b、R2a、R2b，所以能够为四线制平衡差分通讯的RS422通讯信号提供信号共模和信号差模全面的防雷保护，通流容量大，插入损耗小，响应速度快、传输速率高，而且钳制电位低，保护可靠。

Claims

1.一种保护RS422通讯信号的防雷电路，其特征在于，包括：两组结构相同的防雷电路；

其中，两组所述防雷电路包括：

发射信号接入端（IT1、IT2）、接收信号接入端（IR1、IR2）、第一电阻（R1a、R1b）、第二电阻（R2a、R2b）和安全接地端（PE）；

发射信号接出端（OT1、OT2），通过所述第一电阻（R1a、R1b）与所述发射信号接入端（IT1、IT2）连接；

接收信号接出端（OR1、OR2），通过所述第二电阻（R2a、R2b）与所述接收信号接入端（IR1、IR2）相连；

三极气体放电管（GDT1、GDT2），该三极气体放电管的公共端与所述安全接地端（PE）连接，另外两端分别与所述发射信号接入端（IT1、IT2），所述接收信号接入端（IR1、IR2）相连；

第一瞬态电压抑制器（TVS1、TVS4），一端与所述发射信号接出端（OT1、OT2）和所述第一电阻（R1a、R1b）之间连接，另一端与所述接收信号接出端（OR1、OR2）和所述第二电阻（R2a、R2b）之间连接；

第二瞬态电压抑制器（TVS2、TVS5），一端与所述接收信号接出端（OR1、OR2）和所述第二电阻（R2a、R2b）之间连接，另一端与所述安全接地端（PE）连接；

第三瞬态电压抑制器（TVS3、TVS6），一端与所述发射信号接出端（OT1、OT2）和所述第一电阻（R1a、R1b）之间连接，另一端与所述安全接地端（PE）连接。

2.根据权利要求1所述的保护RS422通讯信号的防雷电路，其特征在于：

其中，所述第一电阻（R1a、R1b）和所述第二电阻（R2a、R2b）均为高精度金属氧化膜功率电阻，电阻值为1～5Ω。

3.根据权利要求1所述的保护RS422通讯信号的防雷电路，其特征在于：

其中，所述第一瞬态电压抑制器（TVS1、TVS4）、所述第二瞬态电压抑制器（TVS2、TVS5）和所述第三瞬态电压抑制器（TVS3、TVS6）均为两个反向并联的单向瞬态抑制二极管。

4.根据权利要求1所述的保护RS422通讯信号的防雷电路，其特征在于：

其中，所述三极气体放电管（GDT1、GDT2）为三端陶瓷气体放电管。