某產品GPS接口浪涌故障整改案例—— 單向和雙向TVS的選擇

1問題描述

某產品GPS天饋口，在進行共模3KA@8/20μs沖擊電流測試時，正向和負向注入每次測試LDO芯片都會損壞，產品無法正常工作，實驗不通過。

2故障診斷

查看GPS天饋口防護電路，其從兩個方面進行防雷：一個是對射頻信號進行防護，另一個是對內饋直流電源進行防護，如圖1所示。

圖1 GPS接口防護電路圖

產品故障出在電源部分，LDO芯片損壞，其位于電源的輸出端，當浪涌電流注入時，如果沒有防護，首當其沖的就是這個芯片，這個芯片損壞，則電源無法輸出。按照這個思路，保護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

負向浪涌電流路徑如圖3所示。

圖3 理想負向浪涌電流路徑

從圖3和圖4可以看出，GPS接口設計了保護電路，而且器件選型得當，正常情況下，不管是正向還是負向浪涌，都可以起到很好的保護作用，因此排除保護電路問題，則LDO芯片損壞為其本身耐壓能力不足。

3原因分析

浪涌測試一次LDO芯片就損壞，懷疑浪涌電流沒有按照保護電路規劃的路徑流動，而是一部分通過了LDO芯片，這一部分電流造成了LDO芯片損壞，因此，正向浪涌實際電流路徑如圖4所示。

圖4 實際正向浪涌電流路徑

負向浪涌實際電流路徑如圖5所示。

圖5 實際負向浪涌電流路徑

從圖4和圖5可以看出，在正向浪涌和負向浪涌測試時，實際浪涌電流通過了LDO，此時由于LDO耐壓能力不足，將導致其損壞。

4整改措施

根據以上分析，在BV-SMBJ6CA與LDO芯片之間增加一個二極管，來提高后級回路的耐壓水平，此時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，由于二極管負向截止特性，可以避免正向浪涌電流流經LDO芯片，從而使得后級電路得到保護。

負向時，TVS是6V開啟，而LDO芯片只需0.3V開啟，即使加上新增的二極管也只需0.7+0.3V=1V開啟，這個電壓遠小于雙向TVS的動作電壓，因此，需要比這兩個器件正向導通電壓之和還低的器件來做負向防護，單向的TVS其負向開啟電壓在0.7V左右，使用BV-SMBJ6A替代BV-SMBJ6CA，此時負向浪涌電流路徑如圖7所示。

圖7 更換后單向TVS負向浪涌電流路徑

從圖7可以看出，單向TVS在負向浪涌時，相當于二極管正向導通，此時可以避免負向浪涌電流流經LDO芯片，從而使得后級電路得到保護。

5實踐效果

正向浪涌加二極管，如圖8所示。

圖8 增加二極管實物圖

負向將雙向TVS更換為單向TVS。

整改完成后，合攏整機再次進行浪涌驗證，此時正向、負向浪涌均能滿足共模3KA@8/20μs測試要求，試驗通過。

審核編輯：湯梓紅