一些有效的总线防浪涌保护解决方案介绍
一、浪涌对电路的影响
浪涌包括浪涌电流、浪涌电压，它是指电路中瞬间出现超过正常工作电压、电流的现象。在工业通讯现场，雷电过电压、落雷引发出的诱导雷浪涌，还有电源系统（特别是带很重的感性负载）开关切换引起的浪涌，这些浪涌产生的瞬态过压和过流，会导致数据总线通讯网络瘫痪甚至使元器件发出错误的信号，会给用户带来很大的损失。
表1几种瞬态骚扰的比较
先了解几种典型的瞬态骚扰：从表中可知，浪涌的能量最高，过电流最大，因此危害性也是最大。
浪涌的形成有两个类型：一个是共模，一个差模。雷电或大电流切换时产生的浪涌一般是共模的；差模形式的浪涌往往是由于数据电缆附近有高压线经过，数据线缆和高压线之间因绝缘不良而产生的，会在数据通信网络中较长时间内稳定存在。光耦或磁耦器件标称的耐压是共模，也就是前端到后端之间的耐压。如果超过这个耐压，前端后端都一起烧坏；元器件不会标称差模的耐压，差模耐压能力由电路的设计决定，差模电压超过电路承受范围，前端烧坏，后端不会烧坏。
目前总线浪涌防护方案有两种：采用分立元器件搭建或采用集成模块。
二、常规浪涌防护方案-分立方案
许多应用要求满足iec61000-4-2静电放电4级，iec61000-4-5浪涌抗扰4级要求。一般的收发器esd、浪涌的防护等级均比较低，如ctm1051m隔离can收么器的隔离耐压为2500vdc，裸机情况下，esd、浪涌等级均较低，所以有必要增加外围电路。
防浪涌电路通常分为：隔离法和规避法
l隔离法：采用光耦合器或磁耦合器，将输入和输出信号隔离分开，这类隔离法只能抑制共模形式的浪涌，不能抑制差模形式的浪涌。
l规避法：主设备的地连在一起形成单点接地，一旦有浪涌出现就可安全转移浪涌能量，此外有必要增加一些抑制浪涌的器件，主要有tvs管、压敏电阻、气体放电管。
如果将隔离法和规避法相结合，就可以更好地保护系统。规避器件一方面可抑制浪涌保护隔离器件，也可以抑制总线上产生的差模形式浪涌。隔离器件抑制共模形式浪涌，保护主设备。两者相辅相成，能够更好地保护总线设备。以can总线为例，下图是分立元器件形成的外围保护电路。
图1can总线推荐保护电路
其中gdt置于最前端，提供一级防护，当雷击、浪涌产生时，gdt瞬间达到低阻状态，为瞬时大电流提供泄放通道，将can_h、can_l间电压钳制在二十几伏范围内。实际取值可根据防护等级及器件成本综合考虑进行调整，r3 与 r4 建议选用 ptc，d1~d6 建议选用快恢复二极管。参数表如下。
表2参数推荐表
三、高效浪涌防护方案-模块方案
分立元器件方案虽然能够提供有效的防护，但是需要引入较多的电子器件，这也就意味着接口电路将占用更多的pcb空间，若器件参数选择不合适易造成emc问题。有没有更简洁的防护设计呢？答案是肯定的。可选择引入专业的信号浪涌抑制器sp00s12，可用于各种信号传输系统，抑制雷击、浪涌、过压等有害信号，对设备信号端口进行保护。搭配zlg的全隔离ctm或sc系列的隔离can收发器，如下图。可极大程度的提升产品的集成度，于此同时极大程度的缩小开发周期。
图2模块方案
四、方案对比和浪涌抗扰度测试
前面讲到总线浪涌防护方案有两种，接下来总结一下：
l分立元器件方案：电子器件多、搭建麻烦、复杂、占用pcb空间、易造成emc问题；
l模块方案：使用方便、节省pcb空间、简化电路；
接下来做一下浪涌抗扰度测试，检验一下浪涌抑制器是否满足 iec61000-4-5±4kv 防护要求，以共模浪涌测试为例，在sp00s12输入端加载4kv、1.2/50μs 浪涌电压，在输出端测试压降已被降低至17.1v，波形图如下。
图3输入端电压波形4kv
图4输出端波形电压17.1v
由此可见，在收发器与can总线间添加 sp00s12，可使 can 信号端口轻松满足 iec61000-4-5 ±4kv 的浪涌等级要求。
采用一体化的高浪涌防护隔离can收发器可以完全代替隔离can收发器与浪涌抑制器的组合，如下图。此方案将最大限度简化电路设计、节省pcb空间、降低产品成本。它能够防护4kv浪涌、15kv静电的同时还具备极佳的emc特性。
图5一体化隔离方案
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表1几种瞬态骚扰的比较
先了解几种典型的瞬态骚扰：从表中可知，浪涌的能量最高，过电流最大，因此危害性也是最大。
浪涌的形成有两个类型：一个是共模，一个差模。雷电或大电流切换时产生的浪涌一般是共模的；差模形式的浪涌往往是由于数据电缆附近有高压线经过，数据线缆和高压线之间因绝缘不良而产生的，会在数据通信网络中较长时间内稳定存在。光耦或磁耦器件标称的耐压是共模，也就是前端到后端之间的耐压。如果超过这个耐压，前端后端都一起烧坏；元器件不会标称差模的耐压，差模耐压能力由电路的设计决定，差模电压超过电路承受范围，前端烧坏，后端不会烧坏。
目前总线浪涌防护方案有两种：采用分立元器件搭建或采用集成模块。
二、常规浪涌防护方案-分立方案
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l规避法：主设备的地连在一起形成单点接地，一旦有浪涌出现就可安全转移浪涌能量，此外有必要增加一些抑制浪涌的器件，主要有tvs管、压敏电阻、气体放电管。
如果将隔离法和规避法相结合，就可以更好地保护系统。规避器件一方面可抑制浪涌保护隔离器件，也可以抑制总线上产生的差模形式浪涌。隔离器件抑制共模形式浪涌，保护主设备。两者相辅相成，能够更好地保护总线设备。以can总线为例，下图是分立元器件形成的外围保护电路。
图1can总线推荐保护电路
其中gdt置于最前端，提供一级防护，当雷击、浪涌产生时，gdt瞬间达到低阻状态，为瞬时大电流提供泄放通道，将can_h、can_l间电压钳制在二十几伏范围内。实际取值可根据防护等级及器件成本综合考虑进行调整，r3 与 r4 建议选用 ptc，d1~d6 建议选用快恢复二极管。参数表如下。
表2参数推荐表
三、高效浪涌防护方案-模块方案
分立元器件方案虽然能够提供有效的防护，但是需要引入较多的电子器件，这也就意味着接口电路将占用更多的pcb空间，若器件参数选择不合适易造成emc问题。有没有更简洁的防护设计呢？答案是肯定的。可选择引入专业的信号浪涌抑制器sp00s12，可用于各种信号传输系统，抑制雷击、浪涌、过压等有害信号，对设备信号端口进行保护。搭配zlg的全隔离ctm或sc系列的隔离can收发器，如下图。可极大程度的提升产品的集成度，于此同时极大程度的缩小开发周期。
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图3输入端电压波形4kv
图4输出端波形电压17.1v
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