四种工业设备端口的保护方案解析

在工业环境中，每种设备通常都有很多人机接口和通信接口，而由于工业产品应用场合比较特殊，设备的端口容易遭受雷击浪涌、静电放电以及其他电磁问题引起的端口损坏，因此，本文为大家推荐几种常用工业设备端口的保护方案，以帮助工程师们做好工业设备的端口保护。

RS-485端口6KV1.2/50us浪涌防护

RS-485总线标准是工业设备上应用最为广泛的物理层协议之一，可用于过程控制网络、工业自动化、远程终端、楼宇自动化以及安防系统。RS-485的主要特点：支持远距离传输，长达4000英尺；双向信号差分传输，提高信号的噪音抑制能力，并且允许一条总线上挂接多个发射器和接收器，信号传输为宽范围电平-7V~+12V。

基于RS-485电性能参数，其典型高浪涌防护等级的解决方案为两级防护，其中第一级可采用TE的GTCS25-900M-R05用于旁路大部分的雷击电流，中间采用TRF250-120起到第一级和第二级保护的耦合器件；而第二级保护则可以采用钳位电压更为精确的TVS或crowbar模式的thyristor，将浪涌电压残压降至最低范围。图1为TE应用于RS-485端口的典型应用解决方案。

图1：RS-485端口典型浪涌防护解决方案

RJ45/POE端口的浪涌防护

RJ45/POE端口广泛用于安防、视频监控以及智能电网等工业系统，用以实现系统内的数据、视频传输、流量控制、以及通过总线实现供电。由于工业以太网工作环境的严苛，对于RJ45/POE端口的电磁兼容的雷击浪涌防护必不可少，通常接触到的客户对于交换机的以太网端口的雷击电流防护高达4KV甚至更高的6KV10/700us浪涌电流保护能力。基于如此高的端口浪涌防护需求，TE基于1000MRJ45/POE端口的典型解决方案如图2所示，该方案可以实现高达6KV的10/700us浪涌防护能力。

图2：TE典型POE1000M以太网浪涌防护方案

RJ11电话端口的浪涌防护

在POS机、ATM系统、安防系统中经常采用RJ11接口用于拨号上网、设备间或者与上位机之间的数据通信。RJ11接口的浪涌防护与RS-485等接口不同，由于RJ11的Tip和Ring信号线上振铃电压的存在，而该振铃信号的最大电压值可能超过100V，要求过圧保护元件的最小关断电压要高于振铃信号的最大值，以保证设备的正常工作。图3所示方案实现了电话线的浪涌防护和电力线搭碰测试需求。

图3：RJ11端口典型浪涌&电力线搭碰解决方案

USB端口的静电防护

随着各种设备功能逐步强大，人机接口类型更加丰富和完善，USB端口逐渐成为越来越多设备的必备端口。比如PLC、DCS系统、安防系统、以及视频监控系统。USB端口与其他通信端口不同，因为没有浪涌过压、过流造成的损坏危险，但是其支持热插拔和频繁操作，使其经常面临ESD的风险。IEC61000-4-2定义了ESD的测试等级和测试方法。通常消费类电子要求的ESD防护要求为8KV，TESESD系列产品采用业界主流的DFN封装，从0201和0402的单通道产品，到1004的4通道阵列产品可支持高达20KV的接触放电，以满足工业产品高可靠性的需求。图4是基于TESESD0402X1UN-0020-090的USB2.0静电防护解决方案。

图4：USB2.0典型保护方案