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(lián)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: 1.2/50us 4KV , 10/700us 6KV。根據(jù)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。
第二頁:四種方案對比解析
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二.關于上面四種方案的測試數(shù)據(jù)
三.對幾種方案和實驗數(shù)據(jù)的分析
從表格的測試數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jīng)過測試,一般485芯片的耐壓是40V到50V,不同廠家的芯片質(zhì)量也不盡相同,耐壓有高有低。當?shù)仉妷撼^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(jīng)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。