傳統機械式電表只能記錄所消耗的累積用電量，但對于電源實(shí)際消耗狀況卻不得而知。相比之下，智能電表還可以記錄每個(gè)用戶(hù)的月度用電量、功率因數及分時(shí)用電量等信息。將這些信息統一收集到用電信息采集系統集中器中，實(shí)時(shí)傳送給電力部門(mén)，便能使其對電力負荷進(jìn)行分析預測和平衡管理調配，使電力部門(mén)不會(huì )因輸出多余電力而造成能源損失。其中智能電表與電力部門(mén)之間的通信網(wǎng)絡(luò )便是智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)二次系統由智能電表和集中器等設備組成。目前可供選擇的通信接口包括ZigBee、電力線(xiàn)載波(PLC)、以太網(wǎng)以及RS-485網(wǎng)絡(luò )等，其中RS485網(wǎng)絡(luò )因其架設成本低、整體安裝簡(jiǎn)便，而被作為智能電表必備的標準接口。RS-485通信線(xiàn)因為一般架設在室外或沿電纜線(xiàn)進(jìn)行鋪設，所以較易受到雷擊及其它靜電干擾而導致同一條總線(xiàn)上大量的智能電表設備損壞。晶焱科技憑借長(cháng)期在ESD保護領(lǐng)域所累積的研發(fā)經(jīng)驗，推出了具有抗雷擊保護能力(達IEC61000-4-5 (8/20μs) ±30A)和系統級靜電放電(ESD)防護能力(達IEC 61000-4-2接觸放電±30kV)的RS485收發(fā)器AZRS3082。 

ESD/雷擊保護在智能電表中的意義 

智能電網(wǎng)的一根RS-485總線(xiàn)上可掛接數十甚至上百塊智能電表。雷擊浪涌的發(fā)生將會(huì )造成總線(xiàn)上數塊智能電表?yè)p壞。故雷擊保護措施是智能電表RS-485接口在實(shí)際應用中必須考慮的問(wèn)題，同時(shí)也是提高系統可靠性及安全性的重要措施。

DL/T645通信規約要求RS485收發(fā)器通信接口A(yíng)、B端所承受的人體模型(Human Body Model，HBM)靜電放電需滿(mǎn)足15kV標準，而在實(shí)際應用上這樣的防護卻是不夠的。因此目前一般的解決方法是在RS-485收發(fā)器外部加上瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)來(lái)抑制浪涌電壓，而一般的TVS很難做到大功率級，當雷擊浪涌發(fā)生時(shí)，瞬態(tài)大電能將直接損壞一般的TVS，尤其是集成在芯片中的TVS更加脆弱，因此在設計上還必須外加雷擊浪涌保護器件。 

目前外加的雷擊浪涌保護器件包括陶瓷氣體放電管、壓敏電阻及TVS三種。放電管的耐電流能力強，但其反應速度慢，鉗位電壓也很高(約為800V左右)，這些特性使其保護效果大打折扣，常會(huì )遇到即使加了放電管，受保護器件仍會(huì )損害的情況。壓敏電阻寄生電容大，導通電阻高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大，故也不適用于RS-485接口的保護。傳統的利用半導體制作的TVS雖然反應速度極快，但其耐大電壓、大電流的能力不足，所以也難以抵擋雷擊浪涌的沖擊。   

對于雷擊浪涌，既要利用半導體制作的TVS進(jìn)行全方位保護，又要將其集成到芯片之中一般很難實(shí)現。晶焱科技的RS-485收發(fā)器AZRS3082成功地將可抵擋雷擊浪涌的特殊TVS內置到芯片之中，其傳輸線(xiàn)脈沖(TLP)雙向特性曲線(xiàn)如圖1所示。與其它內置雷擊保護收發(fā)器的雷擊浪涌測試特性比較如圖2所示。由圖可看出AZRS3082不僅可以承受更高的雷擊浪涌電流，還具有更低的浪涌鉗位電壓。TVS浪涌鉗位電壓越低，那么它對芯片的保護效果也越好。 

這款內置特殊TVS的RS485收發(fā)器還提供了系統級靜電放電ESD保護，從而使得通信線(xiàn)接口A(yíng)、B端能得到更完整的保護。其RS-485通信口A(yíng)、B的耐壓、耐流規格如下：

IEC 61000-4-2接觸放電±30kV；

IEC 61000-4-2氣隙放電±30kV；

IEC 61000-4-4電快速瞬變脈沖群(EFT) (5/50ns) 4.4kV；

IEC 61000-4-5雷擊浪涌(8/20μs) ±30A。

除通信口A(yíng)、B端具有完整的ESD保護外，AZRS3082片內還內置了整體防護，HBM靜電放電保護更是每一管腳均符合DL/T645規約標準(JEDEC HBM 15kV)，其全芯片ESD保護架構如圖3所示。除此之外，為滿(mǎn)足工業(yè)級應用，芯片的機器模型(Machine Model，MM)測試高達800V，使其在Profibus上的應用(工業(yè)自動(dòng)控制)具有極高的安全性。在芯片自我防護方面，AZRS3082的充電器件模型(Charge Device Model，CDM)防護能力高達2kV，這使得芯片在因制造工藝不良而累積過(guò)多電荷時(shí)具有強大的自我保護能力。在穩定性及可靠性上，AZRS3082具備的閂鎖防護能力高達400mA，因而可以應用于高噪聲的環(huán)境下。 

晶焱科技RS-485系列產(chǎn)品 

晶焱科技RS-485產(chǎn)品規格如表1所示，產(chǎn)品分別為內置TVS保護的AZRS485、內置雷擊浪涌保護TVS的AZRS3082和AZRS3088以及具有電氣隔離功能的AZRS3088-ISO和AZRS3082-ISO。 

AZRS485將原來(lái)置于系統PCB上的外部TVS內置到RS485收發(fā)器，這樣單獨一片AZRS485即可對抗系統級靜電放電(IEC 61000-4-2接觸放電±15kV)，而不需再接入額外的保護器件。AZRS485為半雙工通信方式，即僅利用一條雙絞線(xiàn)(總線(xiàn))即可實(shí)現數據的收發(fā)。在同一總線(xiàn)上，AZRS485最大可掛接256個(gè)RS485收發(fā)器。在A(yíng)ZRS485接收端RX的設計上，考慮了RS485標準及失效安全功能(A、B端誤接但仍能保證安全)。在不同的共模電壓(VCM=-7~12V)下，將接收端RX的臨界電壓設計在-50mV～-200mV之間，可以使其在符合RS485標準的同時(shí)又能夠達到失效安全的要求，這樣相當適合于智能電表中的使用。 

AZRS3082及AZRS3088將防護能力再次大幅提升。除了將原有系統級靜電放電防護等級提高到IEC 61000-4-2接觸放電±30kV外，還在芯片中內置了強大的雷擊防護(IEC 61000-4-5雷擊浪涌±30A)。其優(yōu)越的靜態(tài)功耗及超低的待機功耗(<1nA)符合目前節能減排的環(huán)保政策。因此AZRS3082、AZRS3088是擁有高性能、高穩定性和高安全性的RS485收發(fā)器。  

當系統設備置于高壓環(huán)境中時(shí)，需要確保使用人員人身安全和對系統設備提供保護，以及在通信總線(xiàn)與邏輯控制器之間進(jìn)行電氣隔離。電氣隔離不但可以使操作人員及系統設備免受危險電壓威脅，還可以使系統在受到嚴重干擾和其它系統級噪聲存在的情況下實(shí)現連續無(wú)差錯的通信。AZRS485、AZRS3082以及AZRS3088都將RS485前端的保護器件集成到RS485收發(fā)器中以提供靜電及雷擊防護，而AZRS3082-ISO和AZRS3088還將RS485后端與邏輯控制器之間的電氣隔離器件集成到RS-485收發(fā)器中，如圖4所示。