某產(chǎn)品GPS接口浪涌故障整改案例—— 單向和雙向TVS的選擇

1問(wèn)題描述

某產(chǎn)品GPS天饋口，在進(jìn)行共模3KA@8/20μs沖擊電流測(cè)試時(shí)，正向和負(fù)向注入每次測(cè)試LDO芯片都會(huì)損壞，產(chǎn)品無(wú)法正常工作，實(shí)驗(yàn)不通過(guò)。

2故障診斷

查看GPS天饋口防護(hù)電路，其從兩個(gè)方面進(jìn)行防雷：一個(gè)是對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行防護(hù)，另一個(gè)是對(duì)內(nèi)饋直流電源進(jìn)行防護(hù)，如圖1所示。

圖1 GPS接口防護(hù)電路圖

產(chǎn)品故障出在電源部分，LDO芯片損壞，其位于電源的輸出端，當(dāng)浪涌電流注入時(shí)，如果沒(méi)有防護(hù)，首當(dāng)其沖的就是這個(gè)芯片，這個(gè)芯片損壞，則電源無(wú)法輸出。按照這個(gè)思路，保護(hù)電路理想的正向浪涌電流路徑如圖2所示。

圖2 理想正向浪涌電流路徑

負(fù)向浪涌電流路徑如圖3所示。

圖3 理想負(fù)向浪涌電流路徑

從圖3和圖4可以看出，GPS接口設(shè)計(jì)了保護(hù)電路，而且器件選型得當(dāng)，正常情況下，不管是正向還是負(fù)向浪涌，都可以起到很好的保護(hù)作用，因此排除保護(hù)電路問(wèn)題，則LDO芯片損壞為其本身耐壓能力不足。

3原因分析

浪涌測(cè)試一次LDO芯片就損壞，懷疑浪涌電流沒(méi)有按照保護(hù)電路規(guī)劃的路徑流動(dòng)，而是一部分通過(guò)了LDO芯片，這一部分電流造成了LDO芯片損壞，因此，正向浪涌實(shí)際電流路徑如圖4所示。

圖4 實(shí)際正向浪涌電流路徑

負(fù)向浪涌實(shí)際電流路徑如圖5所示。

圖5 實(shí)際負(fù)向浪涌電流路徑

從圖4和圖5可以看出，在正向浪涌和負(fù)向浪涌測(cè)試時(shí)，實(shí)際浪涌電流通過(guò)了LDO，此時(shí)由于LDO耐壓能力不足，將導(dǎo)致其損壞。

4整改措施

根據(jù)以上分析，在BV-SMBJ6CA與LDO芯片之間增加一個(gè)二極管，來(lái)提高后級(jí)回路的耐壓水平，此時(shí)正向浪涌電流路徑如圖6所示。

圖6 電源增加二極管正向浪涌電流路徑

從圖6可以看出，在電源線上增加二極管，由于二極管負(fù)向截止特性，可以避免正向浪涌電流流經(jīng)LDO芯片，從而使得后級(jí)電路得到保護(hù)。

負(fù)向時(shí)，TVS是6V開(kāi)啟，而LDO芯片只需0.3V開(kāi)啟，即使加上新增的二極管也只需0.7+0.3V=1V開(kāi)啟，這個(gè)電壓遠(yuǎn)小于雙向TVS的動(dòng)作電壓，因此，需要比這兩個(gè)器件正向?qū)妷褐瓦€低的器件來(lái)做負(fù)向防護(hù)，單向的TVS其負(fù)向開(kāi)啟電壓在0.7V左右，使用BV-SMBJ6A替代BV-SMBJ6CA，此時(shí)負(fù)向浪涌電流路徑如圖7所示。

圖7 更換后單向TVS負(fù)向浪涌電流路徑

從圖7可以看出，單向TVS在負(fù)向浪涌時(shí)，相當(dāng)于二極管正向?qū)ǎ藭r(shí)可以避免負(fù)向浪涌電流流經(jīng)LDO芯片，從而使得后級(jí)電路得到保護(hù)。

5實(shí)踐效果

正向浪涌加二極管，如圖8所示。

圖8 增加二極管實(shí)物圖

負(fù)向?qū)㈦p向TVS更換為單向TVS。

整改完成后，合攏整機(jī)再次進(jìn)行浪涌驗(yàn)證，此時(shí)正向、負(fù)向浪涌均能滿(mǎn)足共模3KA@8/20μs測(cè)試要求，試驗(yàn)通過(guò)。

審核編輯：湯梓紅