機(jī)柜VGA差分轉(zhuǎn)換盒LCD屏浪涌整改案例
在設(shè)計(jì)中記住一點(diǎn)，不管是ESD還是浪涌，必須重點(diǎn)考慮共模信號(hào)的干擾，如何在電路中設(shè)計(jì)呢？我的建議電源和地、地和PE、電源和PE都需加防護(hù)器件，這樣才不會(huì)導(dǎo)致我們被動(dòng).
01 目的
3 級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品要求達(dá)到A 級(jí)（如下表）。
A 級(jí)：功能無(wú)任何異常。
B 級(jí)：設(shè)備可自恢復(fù)。
C 級(jí)：設(shè)備需要人為干預(yù)恢復(fù)。
D 級(jí)：設(shè)備不可恢復(fù)的永久性損壞。
02 測(cè)試平臺(tái)示意圖
03 過程方法
1 浪涌是怎樣產(chǎn)生的
實(shí)驗(yàn)時(shí)是在模擬實(shí)際環(huán)境的雷電、電機(jī)啟動(dòng)、設(shè)備上電等所產(chǎn)生的高電壓大電流浪涌脈沖。這種強(qiáng)脈沖信號(hào)電流可高達(dá)到幾十安培至幾百安培的電流，電壓可達(dá)到幾千伏特。如下圖的實(shí)際浪涌波形。
測(cè)試L-PE 端 -1000V 的浪涌電壓
2 從浪涌產(chǎn)生的原因去分析問題
浪涌已經(jīng)產(chǎn)生，它又有哪些途徑可以進(jìn)入設(shè)備？對(duì)于浪涌，主要還是從電源端進(jìn)入，所以我們實(shí)驗(yàn)時(shí)都會(huì)將浪涌加在電源端，從下面幾種方式接入。
差模：L-N(火線與零線)
共模：L-PE(火線和設(shè)備外殼)、N-PE(零線與設(shè)備外殼)、LN-PE（火線、零線與設(shè)備外殼）
一般如何抑制掉差模的浪涌信號(hào)？常規(guī)的辦法在L-N 之間加一個(gè)壓敏電阻或者兩個(gè)TVS管，耐壓值取供電電壓的2 倍。有時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。而共模信號(hào)是最難處理的，在一般容許的條件下，加TVS瞬態(tài)抑制二極管和MOV壓敏電阻對(duì)PE端是行得通的，只是耐壓和絕緣無(wú)法通過。（在某些領(lǐng)域測(cè)試時(shí)可以拆除PE端的壓敏和TVS再做實(shí)驗(yàn)）如下圖的耐壓和絕緣測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)圖。
耐壓測(cè)試
耐壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：DC110V LN-PE 50hz 1KV 60s 漏電流小于5mA。
絕緣測(cè)試
絕緣測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)：DC110V LN-PE DC500V 60s 絕緣電阻不小于5MΩ。
因?yàn)閴好綦娮韬蚑VS管不能通過絕緣和耐壓這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所以直接跨接是不可行的。要如何才能可以呢？請(qǐng)看下圖：
對(duì)于1000V的耐壓要求，氣體放電管的DC耐電壓值必須≥1000V，同時(shí)需要特別注意它的耐壓最小值。MOV壓敏電阻選擇適當(dāng)，在這個(gè)試驗(yàn)中這種電路已經(jīng)增加在電路中，但是共模浪涌依然過不了，而差模是可以通過的。
3 根據(jù)問題想辦法進(jìn)行排查
首先排除LCD 屏單個(gè)設(shè)備是否能通過浪涌測(cè)試？地線是否正確接好？VGA 供電端抗浪涌的能力如何？需要一一確認(rèn)， 經(jīng)過測(cè)試LCD 屏的抗浪涌能力是OK 的，±2KV A 級(jí)。如下實(shí)驗(yàn)。
1、LCD 屏單獨(dú)用電腦供信號(hào)，電源接DC110V（沒有接浪涌設(shè)備），浪涌設(shè)備給機(jī)柜進(jìn)行浪涌測(cè)試，檢驗(yàn)設(shè)備的浪涌發(fā)生器的浪涌信號(hào)是否對(duì)傳導(dǎo)給輸入端DC110V ，測(cè)試結(jié)果：正常，接線圖如下：
2、再將LCD 的信號(hào)由電腦提供，VGA差分轉(zhuǎn)換盒電源由機(jī)柜供電，結(jié)果：屏閃。目的是檢查VGA 差分轉(zhuǎn)換盒12V 是否會(huì)受機(jī)柜端浪涌的影響，接線方式如下：
3、再將LCD 的信號(hào)由機(jī)柜供，VGA差分轉(zhuǎn)換盒電源由LCD屏內(nèi)部供電，結(jié)果：屏閃。目的是檢驗(yàn)LCD 信號(hào)端是否會(huì)受機(jī)柜12V電源浪涌的影響，接線方式如下：
從2 和3 中的試驗(yàn)可以看出，差分信號(hào)和電源傳導(dǎo)過來(lái)的浪涌信號(hào)都會(huì)影響LCD屏。后來(lái)通過增減共模端的濾波和鉗位元件，依然沒有解決。
4 重點(diǎn)查視頻差分信號(hào)端抑制浪涌的能力
DC110V端的共模干擾無(wú)法消除，只能通過后端110V轉(zhuǎn)24V 、24V再轉(zhuǎn)12V的兩個(gè)接口想辦法，TVS 瞬態(tài)抑制二極管和MOV壓敏電阻都能解決掉共模干擾，試著將33V的MOV加在24V輸出的端，分三種模式，24V-GND、24-PE、GND-PE，最后通過這種方案解決了，如下圖：
結(jié)果：浪涌所有項(xiàng)OK，絕緣和耐壓OK。
再試著將MOV去除，換成33V的TVS。如下圖：
結(jié)果：浪涌所有項(xiàng)OK，絕緣和耐壓OK
耐壓測(cè)試結(jié)果
絕緣測(cè)試
通過上面的更改，只要將24V端的共模信號(hào)鉗位在一定的范圍之內(nèi)，12V端的共模干擾也就降低了，就能解決掉浪涌對(duì)LCD屏的干擾，同時(shí)設(shè)備的PE地盡量短而粗。
04 總結(jié)
在設(shè)計(jì)中記住一點(diǎn)，不管是ESD 還是浪涌，必須重點(diǎn)考慮共模信號(hào)的干擾，如何在電路中設(shè)計(jì)呢？我的建議電源和地、地和PE、電源和PE 都需加防護(hù)器件。
解決措施：根據(jù)第三節(jié)（4）方案，一、加MOV 33V壓敏電阻。二、加33V TV管。這兩種都是可行的，但建議加TVS管方便，貼片和插件都可以，只要選型的時(shí)候注意TVS管的功率就可以，功率小流通量小，同樣起不到抑制浪涌的作用。
