TVS管的浪涌防护整改案例

客户产品为智能环境监测产品，设备包含直流12V输入、GPS模块、GSM/GPRS模块、485通信模块及几路监测传感器输入接口等等，电源、GPS天线端口现要满足IEC 61000-4-5 IV级(差共模±4KV) 的浪涌测试要求，未整改前测试会出现损坏产品的状况，产品实物图如下。

产品实物图

案例整改过程：

在客户板什么都不改动的情况下，按照IEC61000-4-5的标准进行浪涌测试，在差模1KV的时候出现电源短路情况，经过原理分析及实测产品，确定为保护之后残压过高导致后端电源芯片损坏，原理如图所示：

案例整改过程

通过与客户沟通确认电源芯片耐压为18V，超过芯片就有损坏的风险，故更换TVS管型号为5.0SMDJ15CA，在防反二极管后端并个几十uF的电解电容及二极管，经过上述整改，电源通过差共模±4KV雷击浪涌测试，原理如图所示：

案例整改过程

GPS天线端口在测试共模1KV时，GPS模块损坏，示波器分析残压及实验后，建议客户将有源天线改为无源天线方案，中间用电容隔离，原理如图所示(仅供观看);

原理图

经过如上全部整改，产品通过测试，满足IEC 61000-4-5 IV级(差共模±4KV) 的浪涌测试要求;

案例分析总结：

电源输入端口的TVS管型号选择要根据产品的允许最大工作电压及电源芯片的耐压值，原则上遵循Vrwm(反向截止电压)≥UImax(最大允许工作电压)，Vc(钳位电压)≤UPmax(芯片耐压);

市场上大部分芯片耐受负压的能力要比正压差很多，建议客户在方案设计的时候尽量用单向的TVS管;

在布板设计时还要注意PCB上的静电、浪涌电流回路的走线线径、周边结构设计等等，在出现问题时，需多方面去考虑，才能更好的找到问题点所在。

审核编辑：汤梓红