某产品GPS接口浪涌故障整改案例—— 单向和双向TVS的选择
1问题描述
某产品GPS天馈口,在进行共模3KA@8/20μs冲击电流测试时,正向和负向注入每次测试LDO芯片都会损坏,产品无法正常工作,实验不通过。
2故障诊断
查看GPS天馈口防护电路,其从两个方面进行防雷:一个是对射频信号进行防护,另一个是对内馈直流电源进行防护,如图1所示。
图1 GPS接口防护电路图
产品故障出在电源部分,LDO芯片损坏,其位于电源的输出端,当浪涌电流注入时,如果没有防护,首当其冲的就是这个芯片,这个芯片损坏,则电源无法输出。按照这个思路,保护电路理想的正向浪涌电流路径如图2所示。
图2 理想正向浪涌电流路径
负向浪涌电流路径如图3所示。
图3 理想负向浪涌电流路径
从图3和图4可以看出,GPS接口设计了保护电路,而且器件选型得当,正常情况下,不管是正向还是负向浪涌,都可以起到很好的保护作用,因此排除保护电路问题,则LDO芯片损坏为其本身耐压能力不足。
3原因分析
浪涌测试一次LDO芯片就损坏,怀疑浪涌电流没有按照保护电路规划的路径流动,而是一部分通过了LDO芯片,这一部分电流造成了LDO芯片损坏,因此,正向浪涌实际电流路径如图4所示。
图4 实际正向浪涌电流路径
负向浪涌实际电流路径如图5所示。
图5 实际负向浪涌电流路径
从图4和图5可以看出,在正向浪涌和负向浪涌测试时,实际浪涌电流通过了LDO,此时由于LDO耐压能力不足,将导致其损坏。
4整改措施
根据以上分析,在BV-SMBJ6CA与LDO芯片之间增加一个二极管,来提高后级回路的耐压水平,此时正向浪涌电流路径如图6所示。
图6 电源增加二极管正向浪涌电流路径
从图6可以看出,在电源线上增加二极管,由于二极管负向截止特性,可以避免正向浪涌电流流经LDO芯片,从而使得后级电路得到保护。
负向时,TVS是6V开启,而LDO芯片只需0.3V开启,即使加上新增的二极管也只需0.7+0.3V=1V开启,这个电压远小于双向TVS的动作电压,因此,需要比这两个器件正向导通电压之和还低的器件来做负向防护,单向的TVS其负向开启电压在0.7V左右,使用BV-SMBJ6A替代BV-SMBJ6CA,此时负向浪涌电流路径如图7所示。
图7 更换后单向TVS负向浪涌电流路径
从图7可以看出,单向TVS在负向浪涌时,相当于二极管正向导通,此时可以避免负向浪涌电流流经LDO芯片,从而使得后级电路得到保护。
5实践效果
正向浪涌加二极管,如图8所示。
图8 增加二极管实物图
负向将双向TVS更换为单向TVS。
整改完成后,合拢整机再次进行浪涌验证,此时正向、负向浪涌均能满足共模3KA@8/20μs测试要求,试验通过。
审核编辑:汤梓红
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