浪湧對電路的影響

 

浪湧包括浪湧電流
、浪湧電壓，它是指電路中瞬間出現超過正常工作電壓、電流的現象。在工業通訊現場，雷電過電壓、落雷引發出的誘導雷浪湧，還有電源係統（特別是帶很重的感性負載）開(kai)關(guan)切(qie)換(huan)引(yin)起(qi)的(de)浪(lang)湧(yong)
，這(zhe)些(xie)浪(lang)湧(yong)產(chan)生(sheng)的(de)瞬(shun)態(tai)過(guo)壓(ya)和(he)過(guo)流(liu)，會(hui)導(dao)致(zhi)數(shu)據(ju)總(zong)線(xian)通(tong)訊(xun)網(wang)絡(luo)癱(tan)瘓(huan)甚(shen)至(zhi)使(shi)元(yuan)器(qi)件(jian)發(fa)出(chu)錯(cuo)誤(wu)的(de)信(xin)號(hao)，會(hui)給(gei)用(yong)戶(hu)帶(dai)來(lai)很(hen)大(da)的(de)損(sun)失(shi)。

 

表1 幾種瞬態騷擾的比較

 

先了解幾種典型的瞬態騷擾：從表中可知，浪湧的能量最高，過電流最大
，因此危害性也是最大。

 

浪湧的形成有兩個類型：一個是共模
，一個差模。雷電或大電流切換時產生的浪湧一般是共模的；差cha模mo形xing式shi的de浪lang湧yong往wang往wang是shi由you於yu數shu據ju電dian纜lan附fu近jin有you高gao壓ya線xian經jing過guo，數shu據ju線xian纜lan和he高gao壓ya線xian之zhi間jian因yin絕jue緣yuan不bu良liang而er產chan生sheng的de
，會hui在zai數shu據ju通tong信xin網wang絡luo中zhong較jiao長chang時shi間jian內nei穩wen定ding存cun在zai。光guang耦ou或huo磁ci耦ou器qi件jian標biao稱cheng的de耐nai壓ya是shi共gong模mo，也ye就jiu是shi前qian端duan到dao後hou端duan之zhi間jian的de耐nai壓ya。如ru果guo超chao過guo這zhe個ge耐nai壓ya
，前qian端duan後hou端duan都dou一yi起qi燒shao壞huai
；元器件不會標稱差模的耐壓，差模耐壓能力由電路的設計決定，差模電壓超過電路承受範圍，前端燒壞，後端不會燒壞。

 

目前總線浪湧防護方案有兩種：采用分立元器件搭建或采用集成模塊。

 

  常規浪湧防護方案——分立方案

 

許多應用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級，IEC61000-4-5浪湧抗擾4級要求。一般的收發器ESD、浪湧的防護等級均比較低
，如CTM1051M隔離CAN收麼器的隔離耐壓為2500VDC，裸機情況下
，ESD
、浪湧等級均較低，所以有必要增加外圍電路。

 

防浪湧電路通常分為：隔離法和規避法。

 

● 隔離法：采用光耦合器或磁耦合器，將輸入和輸出信號隔離分開，這類隔離法隻能抑製共模形式的浪湧，不能抑製差模形式的浪湧。

● 規避法：主設備的地連在一起形成單點接地
，一旦有浪湧出現就可安全轉移浪湧能量，此外有必要增加一些抑製浪湧的器件，主要有Tvs管、壓敏電阻
、氣體放電管。

 

如果將隔離法和規避法相結合，就可以更好地保護係統。規避器件一方麵可抑製浪湧保護隔離器件，也可以抑製總線上產生的差模形式浪湧。隔離器件抑製共模形式浪湧，保護主設備。兩者相輔相成，能夠更好地保護總線設備。以CAN總線為例，下圖是分立元器件形成的外圍保護電路。

 

圖1 CAN總線推薦保護電路

 

其中GDT置於最前端，提供一級防護
，當雷擊、浪湧產生時，GDT瞬間達到低阻狀態，為瞬時大電流提供泄放通道，將CAN_H
、CAN_L間電壓鉗製在二十幾伏範圍內。實際取值可根據防護等級及器件成本綜合考慮進行調整，R3與R4建議選用PTC
，D1~D6建議選用快恢複二極管。參數表如下。

 

表2 參數推薦表

 

高效浪湧防護方案——模塊方案

 

分立元器件方案雖然能夠提供有效的防護
，但是需要引入較多的電子器件，這也就意味著接口電路將占用更多的PCB空間，若器件參數選擇不合適易造成EMC問題。有沒有更簡潔的防護設計呢？答案是肯定的。可選擇引入專業的信號浪湧抑製器SP00S12，可用於各種信號傳輸係統，抑製雷擊

、浪湧、過壓等有害信號，對設備信號端口進行保護。搭配ZLG的全隔離CTM或SC係列的隔離CAN收發器，如下圖。可極大程度的提升產品的集成度，於此同時極大程度的縮小開發周期。

 

圖2 模塊方案

 

方案對比和浪湧抗擾度測試

 

前麵講到總線浪湧防護方案有兩種，接下來總結一下：

 

● 分立元器件方案：電子器件多、搭建麻煩、複雜、占用PCB空間
、易造成EMC問題；

● 模塊方案：使用方便、節省PCB空間、簡化電路。

 

接下來做一下浪湧抗擾度測試
，檢驗一下浪湧抑製器是否滿足IEC61000-4-5±4KV防護要求
，以共模浪湧測試為例，在SP00S12輸入端加載4KV、1.2/50μs浪湧電壓
，在輸出端測試壓降已被降低至17.1V，波形圖如下。

 

圖3 輸入端電壓波形4KV

 

圖4 輸出端波形電壓17.1V

 

由此可見，在收發器與CAN總線間添加SP00S12，可使CAN信號端口輕鬆滿足 IEC61000-4-5 ±4KV的浪湧等級要求。

 

采用一體化的高浪湧防護隔離CAN收發器可以完全代替隔離CAN收發器與浪湧抑製器的組合，如下圖。此方案將最大限度簡化電路設計、節省PCB空間、降低產品成本。它能夠防護4KV浪湧
、15KV靜電的同時還具備極佳的EMC特性。 

 

圖5 一體化隔離方案

 

 

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