某产品GPS接口浪涌故障整改案例——单向和双向TVS的选择

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