3 集成浪涌保护功能和 THVD14x9 系列器件

在基本了解了浪涌保护在 RS-485 总线上的工作原理后，设计人员需要提出的下一个问题是，是否有更好的方法来帮助简化设计，同时维护受到良好保护的系统？幸好，有一种设计可解决此问题，这种设计在 RS-485 器件中集成了浪涌保护。考虑到任何浪涌保护 RS-485 通信节点的核心是有一个 TVS 二极管，可在瞬态过压事件期间帮助钳制总线电压，在 RS-485 器件的内部集成 TVS 二极管便是顺理成章的事。TI 和 THVD14x9 系列器件旨在通过将简单的保护设计集成到收发器封装中来满足这一需求。

图 3-1 THVD14X9 系列器件功能方框图

取代分立式保护方案而改用集成式设计有两个主要优势。首先是便于设计 - 考虑到非浪涌保护 RS-485 器件没有附加任何特定的浪涌额定值，保护网络必须符合传入浪涌的额定值，并尊重收发器上的电压额定值，这就带来了将浪涌波形转换为收发器所见峰值电压的设计难题。但是，TI 的 THVD14x9 系列中的器件等集成设计可以通过根据 IEC 61000-4-5 进行测试来帮助解决此问题，该标准可以标准化浪涌发生器以及浪涌波形的特性。

图 3-2 浪涌测试特性

图 3-2 展示了开路电压和短路电流的标准化波形。图 3-2 还展示了标准浪涌测试中的重复率。该标准是评估多种类型保护器件中的浪涌保护的一种很常见方法。在传统的分立式实现方案中，收发器没有额定的浪涌保护，这就给设计人员带来了另一个必须确定的未知因素，但如果使用具有 IEC 61000 4-5 等级的集成浪涌器件，设计人员就能立即知道设备的额定浪涌等级。这方面的一个示例是 THVD1419，其 IEC 61000 4-5 额定值为 ±2.5kV。但在分立式实现方案中，如果二极管在额定浪涌电压下钳位过高，则二极管的保护等级未必会从 1:1 转换为节点的保护等级。使用集成浪涌器件为收发器提供保护等级，可降低这种风险。

使用集成浪涌设计的下一个主要优势是缩小尺寸。由于工艺和技术随着时间的推移而不断改进，RS-485 收发器以及保护二极管能适合业界通用的 8 引脚 SOIC 器件，该器件会占用大约 19.16mm^2 的布板空间。如果使用通用 RS-485 二极管实现采用标准 SOIC 封装的分立式设计，则设计尺寸可能会增加约 50%。使用集成式设计时可以避免这种情况。即使需要 TBU 和 MOV 等更强大的保护，集成 TVS 二极管仍然可以缩小整体设计尺寸，即便在需要额外外部保护的系统中也是如此。

虽然使用集成浪涌有两个主要优势，但器件很明显有一个缺点。缺点是使用集成式设计时缺乏灵活性。虽然使用集成式设计可以减少设计需要确定的未知因素，但它也限制了在实施系统时的设计选择。THVD14x9 系列在很大程度上仍受制于标准 RS-485 限制，即更标准的共模范围，THVD14x9 系列的共模范围为 ±12V。这在许多系统中通常可以接受，但对于接地电流较大或节点之间距离较远的系统，±12V 共模范围可能不足以在这些系统中实现正确通信。突出这一问题的另一个例子是防护等级 – 如果需要比提供的防护等级更高的防护等级，那么很可能有一种分立式实现方案可以满足设计目标，这就使得为集成式设计支付溢价并非理想选择。虽然这仍然表明，标准 RS-485 器件上的集成浪涌保护功能对更典型的应用非常有益，但它确实完全涵盖了受保护 RS-485 的应用范围。不过，TI 最新的浪涌保护 RS-485 米6体育平台手机版_好二三四 THVD24x9x 系列器件已经解决了其中一个问题。