保護rs485收發(fā)器的防雷器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種保護RS485收發(fā)器的防雷器，該防雷器包括三條分別與三只符合RS485通信規(guī)約的信號收發(fā)器連接的防雷電路。這三條防雷電路的電路結構相同，呈并聯(lián)關系，均具有發(fā)射信號接入端、接收信號接入端、發(fā)射信號接出端、接收信號接出端、氣體放電管、第一瞬態(tài)電壓抑制器、第二瞬態(tài)電壓抑制器和第三瞬態(tài)電壓抑制器。該防雷器可以同時對三只RS485信號收發(fā)器提供防雷擊電涌保護，使得在有限的安裝空間內能夠保護更多的RS485信號收發(fā)器，從而提高了資源的有效利用率、提高了系統(tǒng)運行的可靠性以及降低了維護成本。
【專利說明】保護RS485收發(fā)器的防雷器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防雷器，特別涉及一種能夠同時對三個符合S485通信規(guī)約的信號收發(fā)器進行防雷保護的防雷器。
【背景技術】
[0002]隨著數(shù)字通訊技術的發(fā)展和智能家電的普及，一個系統(tǒng)往往由多個需要相互通訊的終端組成，例如，工業(yè)自動化系統(tǒng)、樓宇安全監(jiān)控系統(tǒng)、智能煤氣表、水電表的自動抄表系統(tǒng)以及超市的自動收費系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都存在多站式、遠距離通信問題。由于雙絞線傳輸?shù)腞S485總線僅需用一對雙絞線即可實現(xiàn)通信距離為幾十米到上千米的多站聯(lián)網構成的分布式系統(tǒng)，且設備簡單、價格低廉，故在以上系統(tǒng)的工程實踐中獲得廣泛應用。
[0003]但同時在采用一條總線將各個節(jié)點串接起來的雙絞線作傳輸線構成的RS485總線網絡分布結構中，傳輸線一般在室外架空或沿電纜溝敷設，所以，在雷雨季節(jié)常發(fā)生因雷電在傳輸線上引起的瞬變干擾而導致傳輸線上的多個RS485收發(fā)器損壞，嚴重時會導致數(shù)據(jù)丟失，整個網絡系統(tǒng)癱瘓，資源損失慘重！故防雷措施是RS485工程技術實際使用中必須考慮的問題，也是提高系統(tǒng)可靠性一個十分重要的措施。
[0004]然而，在現(xiàn)有RS485總線網絡的防雷技術中，應用最為廣泛的是在總線輸入端嵌入式安裝接入防雷器，同時在多站聯(lián)網的每個節(jié)點即總線上的每只RS485收發(fā)器輸入端再嵌入接入一個防雷器。這種防雷措施雖然全面，但不足之處是一只防雷器只能為與其相連的一只S485收發(fā)器提供防雷擊電涌保護，而無法對其它RS485收發(fā)器提供防雷擊電涌保護。如果給每只RS485收發(fā)器均設置一個防雷器，不僅防雷成本較高，而且會占用較多的安裝空間，不利于在工程上得到普及應用，從而限制了防雷技術的發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠同時對三個符合RS485通信規(guī)約的信號收發(fā)器進行防雷擊電涌保護的防雷器。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下結構:
[0007]本發(fā)明提供一種防雷器，用于對三個RS485信號收發(fā)器提供防雷保護，其特征在于，包括:至少三條具有相同電路結構的防雷電路，分別與三個被保護的RS485信號收發(fā)器對應相連。防雷電路具有:三個未受防雷保護的RS485發(fā)射信號接入端IT，分別與三個RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端連接；三個未受防雷保護的接收信號接入端IR，分別與三個RS485信號收發(fā)器的接收信號端連接；三個受到防雷保護的RS485發(fā)射信號接出端0T，一端通過第一電阻Rl、R3、R5分別與三個發(fā)射信號接入端IT連接，另一端與三個RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端連接；三個受到防雷保護的RS485接收信號接出端0R，一端通過第二電阻R2、R4、R6分別與三個接收信號接入端IR相連，另一端與三個RS485信號收發(fā)器的接收信號端連接；通過兩個端線分別與三個發(fā)射信號接入端IT和三個接收信號接入端IR相連，公共端接信號地PE的氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3 ;連接在三個發(fā)射信號接出端OT與三個接收信號接出端OR之間的第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7 ;連接在三個接收信號接出端OR與信號地PE之間的第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8以及連接在三個發(fā)射信號接出端OT與信號地PE之間的第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9。
[0008]另外，在本發(fā)明防雷器中，第一電阻Rl、R3、R5和第二電阻R2、R4、R6均為高精度金屬氧化膜功率電阻，電阻值為I?5 Ω。
[0009]另外，在本發(fā)明防雷器中，第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7、第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8、第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9均為兩個反向并聯(lián)的單向瞬態(tài)抑制二極管。
[0010]另外，在本發(fā)明防雷器中，氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3為三端陶瓷氣體放電管。
[0011]進一步，在本發(fā)明防雷器中，三條防雷電路為并聯(lián)，共用信號地PE接地。
[0012]發(fā)明作用與效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明防雷器，因為該防雷器包括三條電路結構相同的防雷電路，這三條防雷電路分別同三只RS485信號收發(fā)器連接，所以該防雷器可以同時對三只RS485信號收發(fā)器提供防雷擊電涌保護，使得在有限的安裝空間內能夠保護更多的RS485信號收發(fā)器，從而提高了資源的有效利用率、提高了系統(tǒng)運行的可靠性以及降低了維護和使用成本。
[0014]另一方面，因為本發(fā)明防雷器采用兩級保護電路，第一級保護電路能夠泄放電流，第二級保護電路能夠鉗制電壓，所以該防雷器具有較高的通流容量，能夠為RS485信號收發(fā)器提供共模信號和差模信號全面的防雷保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明涉及的防雷器的主視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明涉及的防雷器的俯視圖。
[0017]圖3為本發(fā)明涉及的防雷器的分解圖。
[0018]圖4為本發(fā)明涉及的防雷電路的保護原理圖。
[0019]圖5為本發(fā)明涉及的一塊PCB電路板的電氣元件布線示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明涉及的另一塊PCB電路板的電氣元件布線示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明涉及的防雷器進行詳細的說明。
[0022]實施例
[0023]本實施例中，一個防雷器可以與三個符合RS485通信規(guī)約的信號收發(fā)器進行防雷保護相連，用于對這三個RS485信號收發(fā)器進行防雷擊電涌保護。
[0024]每只RS485信號收發(fā)器均具有發(fā)射信號端和接收信號端。發(fā)射信號端發(fā)射本站點信號，接收信號端接收遠方或總線的外來信號。當未連接防雷器時，每只RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端發(fā)出的信號被位于遠方或總線上的另外一只或其它多只RS485信號收發(fā)器的接收信號端接收。位于遠方或總線上的一只或其它多只RS485RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端發(fā)出的信號又可以被這只信號收發(fā)器的接收信號端接收，從而完成信號的通訊收發(fā)工作。
[0025]圖1為本發(fā)明涉及的防雷器的主視圖。[0026]圖2為本發(fā)明涉及的防雷器的俯視圖。
[0027]圖3為本發(fā)明涉及的防雷器的分解圖。
[0028]如圖1、2或3所示，防雷器3包括兩塊PCB電路板9、電路板支架10、接地導電片
11、兩個安裝外殼12以及導軌18。
[0029]其中，兩塊PCB電路板9上共焊接有三條防雷電路，用于為三只RS485信號收發(fā)器提供防雷保護。
[0030]電路板支架10用于安裝固定兩塊PCB電路板9。
[0031]接地導電片11用于為PCB電路板9提供接地連接。
[0032]安裝外殼12用于將PCB電路板9、電路板支架10和接地導電片11拼接在一起。安裝外殼12的底部還有導軌18。導軌18可為TH35標準平導軌或TH32標準高低軌，便于為該防雷器3提供各種安裝組合，使安裝維護快捷方便。本實施例中采用TH35標準平導軌。現(xiàn)場安裝中可根據(jù)工程需要采用TH35標準平導軌和TH32標準高低導軌中的其中一種。
[0033]圖4為本發(fā)明涉及的防雷電路的保護原理圖。
[0034]圖5為本發(fā)明涉及的一塊PCB電路板的電氣元件布線示意圖。
[0035]圖6為本發(fā)明涉及的另一塊PCB電路板的電氣元件布線示意圖。
[0036]如圖4、5、6所示，防雷器3具有三條電路結構相同的防雷電路，三條防雷電路為并聯(lián)關系，共用信號地PE接地。
[0037]三條防雷電路具有三個發(fā)射信號接入端IT、三個接收信號接入端IR、三個發(fā)射信號接出端0T、三個接收信號接出端0R、氣體放電管GDTl、GDT2、GDT3、第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7、第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8和第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9。
[0038]其中，在三條防雷電路中，三個發(fā)射信號接入端IT分別與未受防雷保護的三個RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端連接。
[0039]三個接收信號接入端IR分別與未受防雷保護的三個RS485信號收發(fā)器的接收信號端連接。
[0040]三個發(fā)射信號接出端OT處為受到防雷保護的三個RS485發(fā)射信號，它的一端通過第一電阻Rl、R3、R5與三個發(fā)射信號接入端IT相連，另一端與三個RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端相連。
[0041]三個接收信號接出端OR處為受到防雷保護的三個RS485接收信號，它的一端通過第二電阻R2、R4、R6與三個接收信號接入端IR相連，另一端與三個RS485信號收發(fā)器的接收信號端相連。
[0042]氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3通過兩個端線分別與三個發(fā)射信號接入端IT和三個接收信號接入端IR相連，公共端接信號地PE。氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3為三端陶瓷氣體放電管。氣體放電管GDT1、GDT2、GDT3構成防雷電路的第一級保護電路，當發(fā)生雷擊時，如果雷擊電流過大，則氣體放電管擊穿導通，將雷擊電流導入接地端PE，從而降低流經信號收發(fā)器的電流，最終起到保護信號收發(fā)器的作用。
[0043]第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7分別連接在三個發(fā)射信號接出端OT與接收信號接出端OR之間，為兩個反向并聯(lián)的單向瞬態(tài)抑制二極管。每個單向瞬態(tài)抑制二極管均有兩個電極，這兩個電極分別與發(fā)射信號接出端OT和接收信號接出端OR相連，在雷擊時能夠將發(fā)射信號接出端OT和接收信號接出端OR之間的第一端電壓U1鉗制在30V以內。第一端電壓U1為RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端和接收信號端之間的電壓。
[0044]第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8連接在接收信號接出端OR與信號地PE之間，為兩個反向并聯(lián)的單向瞬態(tài)抑制二極管。每個單向瞬態(tài)抑制二極管均有兩個電極，這兩個電極分別與接收信號接出端OR和信號地PE相連，在雷擊時能夠將信號接出端OR和信號地PE之間的第二端電壓U2鉗制在30V以內。第二端電壓U2為RS485信號收發(fā)器的接收信號端和信號地之間的電壓。
[0045]第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9連接在發(fā)射信號接出端OT與信號地PE之間，為兩個反向并聯(lián)的單向瞬態(tài)抑制二極管。每個單向瞬態(tài)抑制二極管均有兩個電極，這兩個電極分別與發(fā)射信號接出端OT和信號地PE相連，在雷擊時能夠將發(fā)射信號接出端OT和信號地PE之間的第三端電壓U3鉗制在30V以內。第三端電壓U3為RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端和信號地PE之間的電壓。
[0046]第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7、第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8和第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9構成防雷電路的第二級精細保護電路。當有雷擊電流出現(xiàn)時，能降低該級保護電路的阻抗，將第一端電壓U1、第二端電壓U2和第三端電壓仏鉗制在安全允許的電壓范圍內或標稱值上，為后端接入的三個RS485收發(fā)器提供共模和差模的全面保護，使其免受雷擊電涌損害，同時還具有插入損耗小，響應速度快和傳輸速率高的優(yōu)點。
[0047]第一電阻Rl、R3、R5的一端分別連接到三個發(fā)射信號接入端IT和氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3之間，另一端分別連接到三個發(fā)射信號接出端OT和第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7以及第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9之間。第二電阻R2、R4、R6的一端分別連接到三個接收信號接入端IR和氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3之間，另一端分別連接到接收信號接出端OR和第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7以及第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8之間。第一電阻R1、R3、R5和第二電阻R2、R4、R6均為高精度金屬氧化膜功率電阻，電阻值一般為I ~5Ω，本實施例取值為2Ω，功率值為2W。第一電阻Rl、R3、R5和第二電阻R2、R4、R6起到能量匹配作用，當防雷電路遭到雷擊時，第一電阻Rl、R3、R5和第二電阻R2、R4、R6分別對雷擊電流進行限流和在第一級保護電路和第二級精細保護電路之間進行能量匹配。
[0048]本防雷電路的防雷原理如下:
[0049]當無雷擊時，三條防雷電路均呈高阻抗，但是RS485信號收發(fā)器接收和發(fā)射的通信信號能夠在防雷電路中正常傳輸而不受干擾。
[0050]當發(fā)生雷擊時，防雷電路的第二級精細保護電路在雷擊IOns內響應，第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7、第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8和第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9分別將第一端電壓U1、第二端電壓U2和第三端電壓U3鉗制在被保護信號的標稱范圍內即安全范圍內。本實施例中，該標稱范圍為30V以下。
[0051]當雷擊產生的電流過大，即大于5000A時，該雷擊電流通過第一電阻R1、R3、R5和第二電阻R2、R4、R6傳導到第一級保護電路，氣體放電管⑶Tl、⑶T2、⑶T3立即導通，將該雷擊電流通過信號地PE導向大地。因此，第二級保護電路的作用在于鉗制電壓，第一級保護電路的作用在于泄放電流。[0052]連接在防雷電路三個發(fā)射信號接出端OT與三個接收信號接出端OR之間的第一瞬態(tài)電壓抑制器TVS1、TVS4、TVS7對三個RS485信號收發(fā)器提供的是信號差模保護；連接在防雷電路三個接收信號接出端OR與信號地PE之間的第二瞬態(tài)電壓抑制器TVS2、TVS5、TVS8和三個發(fā)射信號接出端OT與信號地PE之間的第三瞬態(tài)電壓抑制器TVS3、TVS6、TVS9和對三個RS485信號收發(fā)器提供的是信號共模保護。
[0053]如圖3所示，防雷器3是通過以下步驟組裝起來的:
[0054]步驟一、分別將兩塊PCB電路板9相向焊接在電路板支架10的兩個側面上。
[0055]步驟二、將接地導電片11固定焊接于兩塊PCB電路板9對應的接地端PE上。
[0056]步驟三、用固定螺釘將兩個安裝外殼12與電路板支架10安裝緊固在一起。
[0057]步驟四、分別在電路板支架10上的三個發(fā)射信號接入端IT、三個發(fā)射信號接出端0T、三個接收信號接入端IR、三個接收信號接出端0R、接地端PE對應的位置貼上相應的標簽。
[0058]實施例的作用與效果
[0059]根據(jù)本發(fā)明防雷器，因為該防雷器采用三組瞬態(tài)電壓抑制器和氣體放電管，所以能夠為RS485信號收發(fā)器提供信號共模和差模全面的防雷保護，通流容量大，插入損耗小，響應速度快、傳輸速率高，而且鉗位低，保護可靠。
[0060]另外，因為本發(fā)明采用TH35標準平導軌和TH32標準高低導軌，所以便于各種安裝方式的優(yōu)化組合，外型美觀，安裝維護快捷方便。本發(fā)明整體采用標準化的結構設計，適于大規(guī)模生產。
[0061]另外，因為本發(fā)明有三條電路結構相同的防雷電路，可以同時對三只RS485信號收發(fā)器提供共模和差模全面的防雷保護，所以在有限的材料成本和安裝空間條件下，能夠節(jié)省一半的空間占用和材料消耗。
[0062]進一步，本發(fā)明還可根據(jù)防雷工程需要更容易地實現(xiàn)多組信號的擴展設計，制作多信道集中式網絡通信線路防雷器。
【權利要求】
1.一種防雷器，用于對RS485信號收發(fā)器提供防雷保護，其特征在于，包括: 至少三條具有相同電路結構的防雷電路，三條所述防雷電路均與所述三個RS485信號收發(fā)器對應相連， 其中，所述防雷電路均具有: 未受防雷保護的所述三個RS485發(fā)射信號接入端(IT)，與所述三個RS485信號收發(fā)器的發(fā)射信號端連接； 未受防雷保護的所述三個RS485接收信號接入端(IR)，與所述三個RS485信號收發(fā)器的接收信號端連接； 受到防雷保護的所述三個RS485發(fā)射信號接出端(0T)，一端通過第一電阻(R1、R3、R5)與所述三個發(fā)射信號接入端(IT)連接，另一端與所述三個RS485信號收發(fā)器的所述發(fā)射信號端連接； 受到防雷保護的所述三個RS485接收信號接出端(OR)，一端通過第二電阻(R2、R4、R6 )與所述三個接收信號接入端(IR)相連，另一端與所述三個RS485信號收發(fā)器的所述接收信號端連接； 通過兩個端線分別與所述三個發(fā)射信號接入端(IT)和所述三個接收信號接入端(IR)相連，公共端接信號地(PE)的氣體放電管(⑶Tl、⑶T2、⑶T3)； 連接在所述三個發(fā)射信號接出端(OT)與所述三個接收信號接出端(OR)之間的第一瞬態(tài)電壓抑制器(!^51、1754、1757)； 連接在所述三個接收信號接出端(OR)與所述信號地(PE)之間的第二瞬態(tài)電壓抑制器(TVS2、TVS5、TVS8);以及連接在所述三個發(fā)射信號接出端(OT)與所述信號地(PE)之間的第三瞬態(tài)電壓抑制器(TVS3、TVS6、TVS9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的防雷器，其特征在于: 其中，所述第一電阻(Rl、R3、R5 )和所述第二電阻(R2、R4、R6 )均為高精度金屬氧化膜功率電阻，電阻值為I~5Ω。
3.根據(jù)權利要求1所述的防雷器，其特征在于: 其中，所述第一瞬態(tài)電壓抑制器(TVS1、TVS4、TVS7)、所述第二瞬態(tài)電壓抑制器(TVS2、TVS5、TVS8)、所述第三瞬態(tài)電壓抑制器(TVS3、TVS6、TVS9)均為兩個反向并聯(lián)的單向瞬態(tài)抑制二極管。
4.根據(jù)權利要求1所述的防雷器，其特征在于: 其中，所述氣體放電管(⑶Tl、⑶T2、⑶T3)為三端陶瓷氣體放電管。
5.根據(jù)權利要求1所述的防雷器，其特征在于: 其中，三條所述防雷電路為并聯(lián)，共用信號地(PE)接地。
【文檔編號】H02H9/04GK103887786SQ201310156384
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權日:2013年4月28日
【發(fā)明者】武素珍, 陳小萍 申請人:上海伊萊克斯實業(yè)有限公司, 上海浦核科技有限公司, 上海翼磊電子科技發(fā)展有限公司