RS-485端口保护评估板4：设计与测试全解析

引言

在电子设备的设计中，RS - 485串口的保护至关重要。今天要给大家介绍的是Bourns公司的RS - 485端口保护评估板4，它能帮助工程师评估RS - 485串口的电路保护解决方案。该评估板采用了Bourns® TBU®高速保护器（HSP）、气体放电管（GDT）浪涌抑制器和瞬态电压抑制器（TVS），符合RS - 485端口接口的行业标准，相比其他竞争技术，具有更出色的性能。

文件下载：RS-485EVALBOARD4.pdf

评估板特点

尺寸与制造工艺

评估板尺寸为35 mm x 25 mm x 0.85 mm，采用FR - 4 PCB制造，上下两侧有镍金焊盘镀层。这种设计不仅小巧，而且在性能上也有保障。

双通道设计节省PCB空间

Bourns之前的三款RS - 485评估板（EVB1、2和3）使用的是单通道的Bourns® Model TBU - CA。而这款新的评估板采用了双通道的Bourns® Model TBU - DF HSP，进一步减少了PCB面积，为设计师节省了宝贵的空间。

测试连接方法

要进行测试设置，需要将J1A和J1B连接到暴露线路，J2A和J2B连接到RS - 485 IC设备。这样的连接方式简单明了，方便工程师进行测试。

物料清单

No.	Part Number	Qty.	Description	Product
1	TBU - DF085 - 300 - WH	1	850 V 300 mA Dual Channel Bidirectional TBU® HSP	TBU® HSP
2	2030 - 42T - SM - RPLF	1	Fast Acting, 3 - Electrode 420 V Gas Discharge Tube	GDT
3	CDSOT23 - SM712	1	SOT23 12 V Dual Bidirectional TVS Diode	TVS Diode

该评估板默认配置使用TBU® HSP、GDT和TVS二极管。同时，它还支持不同的配置，例如可以用两个Model TISP4350J3BJR - S、两个Model TISP4500H3BJR - S或一个Model 2036 - 07 - SM - RPLF替换一个Model 2030 - 42T - SM - RPLF。

RS - 485端口保护场景

恶劣户外环境

在户外安装中，感应雷电浪涌是一个威胁。这类应用的客户通常熟悉ITU - T K.20/21/44建议（规定10/700 µs电压、浪涌）或Telcordia GR - 1089 - CORE、IEC 61000 - 4 - 5标准（规定CWG 8/20 µs电流、1.2/50 µs电压浪涌）。

长电缆布线

在长电缆布线中，多条线路（数据和交流电源）在同一管道或电缆中使用。发生故障时，交流电源线可能与信号线接触。这些应用需要进行ITU - T K.20/21/44规定的230 VAC测试，或Telcordia GR - 1089 - CORE规定的120 VAC测试。即使是低电压应用，也会使用这些标准测试来评估保护解决方案的鲁棒性。

安装错误和故障保护

RS - 485端口可能会遇到安装错误和故障，例如12V DC或24V DC线路与信号线一起布线，电缆中的其他暴露线路可能会在RS - 485端口上感应雷电浪涌，还可能存在未经授权用户的恶意攻击。通常，满足前两种场景更高保护级别的解决方案可以应对这些问题。

过压保护器（OVP）选择

过压保护器（OVP）的转折电压（(V{BO})）或脉冲击穿电压（(V{imp})）应低于TBU® HSP的最大脉冲峰值电压（(V_{imp})），同时应高于交流电源交叉的最大电压（(VAC)的峰值）。

浪涌能力测试

基于不同标准要求，对Bourns的RS - 485评估板4进行了各种浪涌测试。以下是部分测试结果：

TBU - DF055 - 300 - WH与TISP4350J3BJR - S组合

• 4 kV 1.2/50 µs浪涌：施加4 kV（95.2 A）浪涌时，TBU - DF055 - 300 - WH迅速进入阻塞状态，线路电压随浪涌增加。当线路电压达到TISP4350J3BJR - S的(V_{BO})（350V）时，TISP4350J3BJR - S触发将线路短路到地。受保护接口仅承受小于1 µs的300 mA瞬态电流，瞬间暴露于360 V的低线路电压。
• 6 kV 10/700 µs浪涌：施加6 kV（150 A）浪涌时，情况类似，受保护接口仅承受小于1 µs的300 mA瞬态电流，瞬间暴露于352 V的低线路电压。

TBU - DF085 - 300 - WH与2030 - 42T - SM - RPLF组合

• 4 kV 1.2/50 µs浪涌：施加4 kV（95.2 A）浪涌时，TBU - DF085 - 300 - WH迅速触发，当线路电压达到2030 - 42T - SM的(V_{BO})（850 V）时，2030 - 42T - SM触发将线路短路到地。受保护接口仅承受小于1 µs的300 mA瞬态电流，瞬间暴露于820 V的低线路电压。
• 6 kV 10/700 µs浪涌：施加6 kV（150 A）浪涌时，受保护接口仅承受小于1 µs的300 mA瞬态电流，瞬间暴露于560 V的低线路电压。

交流电源交叉能力测试

以TBU - DF055 - 300 - WH与TISP4350J3BJR - S组合为例，当施加120 V AC时，由于120 V AC的峰值电压小于TISP4350J3BJR - S的(V{BO})（350 V），TISP4350J3BJR - S不会触发，保持高阻抗。当线路电流达到TBU - DF055 - 300 - WH的触发电流（300 mA）时，TBU - DF055 - 300 - WH迅速进入阻塞状态，阻止电流流入受保护端口。当交流电压降至(V{reset})以下时，TBU - DF055 - 300 - WH将恢复导通状态。

总的来说，Bourns的RS - 485端口保护评估板4在浪涌保护和交流电源交叉保护方面表现出色，为RS - 485端口的保护提供了可靠的解决方案。各位工程师在实际设计中，不妨考虑使用这款评估板，根据不同的应用场景选择合适的配置。大家在使用过程中遇到过哪些类似的保护问题呢？欢迎在评论区分享。