3 集成浪涌保護(hù)功能和 THVD14x9 系列器件

在基本了解了浪涌保護(hù)在 RS-485 總線上的工作原理后，設(shè)計(jì)人員需要提出的下一個問題是，是否有更好的方法來幫助簡化設(shè)計(jì)，同時(shí)維護(hù)受到良好保護(hù)的系統(tǒng)？幸好，有一種設(shè)計(jì)可解決此問題，這種設(shè)計(jì)在 RS-485 器件中集成了浪涌保護(hù)?？紤]到任何浪涌保護(hù) RS-485 通信節(jié)點(diǎn)的核心是有一個 TVS 二極管，可在瞬態(tài)過壓事件期間幫助鉗制總線電壓，在 RS-485 器件的內(nèi)部集成 TVS 二極管便是順理成章的事。TI 和 THVD14x9 系列器件旨在通過將簡單的保護(hù)設(shè)計(jì)集成到收發(fā)器封裝中來滿足這一需求。

取代分立式保護(hù)方案而改用集成式設(shè)計(jì)有兩個主要優(yōu)勢。首先是便于設(shè)計(jì) - 考慮到非浪涌保護(hù) RS-485 器件沒有附加任何特定的浪涌額定值，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)必須符合傳入浪涌的額定值，并尊重收發(fā)器上的電壓額定值，這就帶來了將浪涌波形轉(zhuǎn)換為收發(fā)器所見峰值電壓的設(shè)計(jì)難題。但是，TI 的 THVD14x9 系列中的器件等集成設(shè)計(jì)可以通過根據(jù) IEC 61000-4-5 進(jìn)行測試來幫助解決此問題，該標(biāo)準(zhǔn)可以標(biāo)準(zhǔn)化浪涌發(fā)生器以及浪涌波形的特性。

圖 3-2 展示了開路電壓和短路電流的標(biāo)準(zhǔn)化波形。圖 3-2 還展示了標(biāo)準(zhǔn)浪涌測試中的重復(fù)率。該標(biāo)準(zhǔn)是評估多種類型保護(hù)器件中的浪涌保護(hù)的一種很常見方法。在傳統(tǒng)的分立式實(shí)現(xiàn)方案中，收發(fā)器沒有額定的浪涌保護(hù)，這就給設(shè)計(jì)人員帶來了另一個必須確定的未知因素，但如果使用具有 IEC 61000 4-5 等級的集成浪涌器件，設(shè)計(jì)人員就能立即知道設(shè)備的額定浪涌等級。這方面的一個示例是 THVD1419，其 IEC 61000 4-5 額定值為 ±2.5kV。但在分立式實(shí)現(xiàn)方案中，如果二極管在額定浪涌電壓下鉗位過高，則二極管的保護(hù)等級未必會從 1:1 轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)的保護(hù)等級。使用集成浪涌器件為收發(fā)器提供保護(hù)等級，可降低這種風(fēng)險(xiǎn)。

使用集成浪涌設(shè)計(jì)的下一個主要優(yōu)勢是縮小尺寸。由于工藝和技術(shù)隨著時(shí)間的推移而不斷改進(jìn)，RS-485 收發(fā)器以及保護(hù)二極管能適合業(yè)界通用的 8 引腳 SOIC 器件，該器件會占用大約 19.16mm^2 的布板空間。如果使用通用 RS-485 二極管實(shí)現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn) SOIC 封裝的分立式設(shè)計(jì)，則設(shè)計(jì)尺寸可能會增加約 50%。使用集成式設(shè)計(jì)時(shí)可以避免這種情況。即使需要 TBU 和 MOV 等更強(qiáng)大的保護(hù)，集成 TVS 二極管仍然可以縮小整體設(shè)計(jì)尺寸，即便在需要額外外部保護(hù)的系統(tǒng)中也是如此。

雖然使用集成浪涌有兩個主要優(yōu)勢，但器件很明顯有一個缺點(diǎn)。缺點(diǎn)是使用集成式設(shè)計(jì)時(shí)缺乏靈活性。雖然使用集成式設(shè)計(jì)可以減少設(shè)計(jì)需要確定的未知因素，但它也限制了在實(shí)施系統(tǒng)時(shí)的設(shè)計(jì)選擇。THVD14x9 系列在很大程度上仍受制于標(biāo)準(zhǔn) RS-485 限制，即更標(biāo)準(zhǔn)的共模范圍，THVD14x9 系列的共模范圍為 ±12V。這在許多系統(tǒng)中通?？梢越邮?，但對于接地電流較大或節(jié)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)，±12V 共模范圍可能不足以在這些系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)正確通信。突出這一問題的另一個例子是防護(hù)等級 – 如果需要比提供的防護(hù)等級更高的防護(hù)等級，那么很可能有一種分立式實(shí)現(xiàn)方案可以滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，這就使得為集成式設(shè)計(jì)支付溢價(jià)并非理想選擇。雖然這仍然表明，標(biāo)準(zhǔn) RS-485 器件上的集成浪涌保護(hù)功能對更典型的應(yīng)用非常有益，但它確實(shí)完全涵蓋了受保護(hù) RS-485 的應(yīng)用范圍。不過，TI 最新的浪涌保護(hù) RS-485 產(chǎn)品 THVD24x9x 系列器件已經(jīng)解決了其中一個問題。