智能电表系统已广泛应用于工业和民用领域，其中自动抄表技术通过通信端口读取数据，多数场合采用远程读数方式，既提高了安全性，也节省了时间和费用。实现该技术的关键在于确保通信链路安全可靠。RS-485 支持 1200 m 以上的长距离传输，最高速率可达 10 Mbps，且具有较强的抗噪声能力；同时其电路控制方便、成本低廉，可实现多点连接，因而成为智能电表的标准通信接口。

但 RS-485 的传输线通常暴露在户外，极易因雷击等原因引入过电压。RS-485 收发器的工作电压只有 5 V 左右，自身耐压范围也很窄（−7 V～+12 V），一旦引入过电压就会击穿损坏；浪涌能量较强时，甚至会出现收发器爆裂、线路板焦糊的现象。因此，防雷保护是 RS-485 接口设计中必须考虑的问题。

一、PPTC 与 TVS 构成的常规保护方案

常规做法如图 1 所示，在 A/B 线上串联 PPTC（自恢复保险丝），并以 GDT（气体放电管）作为初级共模防护、TVS 作为二级保护。

图 1　采用 PPTC 与 TVS（含 GDT 初级防护）的 RS-485 防雷保护电路

雷击发生时，感应过电压由 A/B 线引入，先经过 PPTC 限流，再经 GDT 泄放。GDT 通常可以承受 10 kA（8/20 μs）的浪涌冲击，经过初级泄放后残压大幅降低，一般可降到 1 kV 以下；随后由 TVS 进行共模／差模二级保护，把送到收发器的电压钳制在 12 V 以下，同时 A/B 线上的上拉电压可使总线在非通信期间保持高电平。对于 4 kV 以下的过电压，可以省去 GDT 一级，单靠 TVS 即可满足浪涌保护要求。当 RS-485 总线与电力线（例如 220 VAC）意外搭接短路时，A/B 线上的 PPTC 能够提供短路保护。

这一传统方案存在三个需要权衡的问题：（1）GDT 的击穿电压较高，与之配合的隔离／限流电阻取值需相应增大，而串联电阻过大会缩短通信距离；（2）TVS 的漏电流较大，以 SMBJ6.0CA 为例约为 800 μA，会在总线上形成额外负载，影响点对点通信的可靠性；（3）PPTC 的响应速度较慢，与电力线搭接时，交流电压可能在 PPTC 动作之前将 TVS 击穿。

二、采用 Sidactor 的保护方案

TVS 属于半导体保护器件，响应速度快、可靠性高，但工作方式为钳位（Clamping），残压相对较高。Sidactor（硅控瞬态电压抑制器）同样是半导体器件，兼具响应速度快、可靠性高的特点，而工作方式为 Crowbar（撬棒），导通后维持电压很低，并具有较强的抗浪涌和耐搭接能力。因此可以采用由 Sidactor 构成的保护方案，如图 2 所示。

图 2　采用 Sidactor 的 RS-485 保护电路

雷击发生时，Sidactor P0080 对 A/B 线同时提供共模和差模防护，其可承受的浪涌电流通常为 800 A（8/20 μs）。由于器件导通后的维持电压很低，送到收发器的电压可以被限制在 4 V 左右，保护效果优于钳位型器件。当 RS-485 总线与电力线（例如 220 V AC）搭接短路时，A/B 线上的 PPTC 仍可提供短路保护，两者配合即可兼顾浪涌防护与搭接防护。