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浪涌保护设计要注意"协调”【EMC学习】

浪涌保护设计要注意"协调”【EMC学习】

【现象描述】

某产品有12 V 电源接口(供电用)、485 通信口。其中, 1 2 V 电源接口由于其应用环境的特殊性,需 要进行共模土 2 kV 的浪涌测试。在测试过程中发现, 485 接口芯片损坏, 而且接在 485 接口中的保护器件也坏了。

原因分析

12 V 电源接口和485 接口的浪涌保护设计如图所示。

图中,PGND 是该产品的系统接地点, 即保护地; GND 是内部电路工作地。在该产品 12 V 电源接口中, PGND 与 GND 没有短接, 而将 GND 与 PGND 通过气体放电管连接。其设计的目的是当电源接口有过压浪涌出现时,让共模浪涌能量通过气体放电管泄放。研究 485 的保护电路发现,双向 瞬变抑制二极管 (TVS) TPN3021S是在共模电感前面做一级差模与共模保护,单向瞬变抑制二极管 (TVS) POST05 在共模电感之后做二级保护, 这样, 整个产品的 GND 和 PGND 之间除了 12V 电源使用的气体放电管外,还串有两个瞬变抑制二极管 ( TVS) TPN3021S 和 POST05。

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GND 和 PGND 的实际保护电路如下图所示。

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图中,GND 和 PGND 之间相当于形成了两级保护:一级是放电管;另一级是瞬变二极管 (TVS) +共模电 感。由于两级保护之间没有协调退耦元件(电感、电阻等), 而由于TVS 的相应速度要快于放电管, 所以 12 V 电源口进行共模 土 2 kV 试验时(即GND 和 PGND 之间施加有过电压), 485 的保护器件形成的二级保护电路将迅速导通, 而放电管实际上根本没有动作,从而没有起到保护作用, 即 12V 电源上的浪涌通过 485 的保护电路泄放,电源本身保护电路没有动作,而且由于485后级保护电路的瞬变二极管的通流能力很小,实际浪涌电流大于485 保护电路后级TVS的通流能力,导致 TVS损坏,并损坏485的通信芯片。

【处理措施】

(1) 去掉485接口电路上的后级保护电路。试验证明, 去掉 485 后级保护电路后, 485 接口浪涌试验通过±4 kV 的浪涌测试,并且可以通过12 V 电源端口的共模浪涌测试。

(2) 除 (1 ) 的方法外,也可将 GND 和 PGND 短接来解决此问题。试验证明,将PGND 和 GND 短接后,也可以通过共模±2 kV 的浪涌测试。

(3 ) 将485的初级保护器件接GND 也是另一种解决问题的方法。

【思考与启示】

又是一例浪涌保护器件之间协调的案例,保护设计是一个整体全局的设计,不能在设计中忽略其他接口对某一接口单独进行设计,即浪涌保护设计需要统筹。

注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》

 

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本文标题:浪涌保护设计要注意"协调”【EMC学习】
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