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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:

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:
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:
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);

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。
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