機(jī)柜VGA差分轉(zhuǎn)換盒LCD屏浪涌整改案例

在設(shè)計中記住一點(diǎn)，不管是ESD還是浪涌，必須重點(diǎn)考慮共模信號的干擾，如何在電路中設(shè)計呢？我的建議電源和地、地和PE、電源和PE都需加防護(hù)器件，這樣才不會導(dǎo)致我們被動.

01 目的

3 級測試標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品要求達(dá)到A 級（如下表）。

A 級：功能無任何異常。

B 級：設(shè)備可自恢復(fù)。

C 級：設(shè)備需要人為干預(yù)恢復(fù)。

D 級：設(shè)備不可恢復(fù)的永久性損壞。

02 測試平臺示意圖

03 過程方法

1 浪涌是怎樣產(chǎn)生的

實(shí)驗(yàn)時是在模擬實(shí)際環(huán)境的雷電、電機(jī)啟動、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？對于浪涌，主要還是從電源端進(jìn)入，所以我們實(shí)驗(yàn)時都會將浪涌加在電源端，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？常規(guī)的辦法在L-N 之間加一個壓敏電阻或者兩個TVS管，耐壓值取供電電壓的2 倍。有時需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。而共模信號是最難處理的，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PE端是行得通的，只是耐壓和絕緣無法通過。（在某些領(lǐng)域測試時可以拆除PE端的壓敏和TVS再做實(shí)驗(yàn)）如下圖的耐壓和絕緣測試的標(biāo)準(zhǔn)圖。

  耐壓測試

耐壓測試標(biāo)準(zhǔn)：DC110V LN-PE 50hz 1KV 60s 漏電流小于5mA。

絕緣測試

絕緣測試的標(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標(biāo)準(zhǔn)，所以直接跨接是不可行的。要如何才能可以呢？請看下圖：

對于1000V的耐壓要求，氣體放電管的DC耐電壓值必須≥1000V，同時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 屏單個設(shè)備是否能通過浪涌測試？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)過測試LCD 屏的抗浪涌能力是OK 的，±2KV A 級。如下實(shí)驗(yàn)。

1、LCD 屏單獨(dú)用電腦供信號，電源接DC110V（沒有接浪涌設(shè)備），浪涌設(shè)備給機(jī)柜進(jìn)行浪涌測試，檢驗(yàn)設(shè)備的浪涌發(fā)生器的浪涌信號是否對傳導(dǎo)給輸入端DC110V ，測試結(jié)果：正常，接線圖如下：

2、再將LCD 的信號由電腦提供，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 是否會受機(jī)柜端浪涌的影響，接線方式如下：

3、再將LCD 的信號由機(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 信號端是否會受機(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，差分信號和電源傳導(dǎo)過來的浪涌信號都會影響LCD屏。后來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)查視頻差分信號端抑制浪涌的能力

DC110V端的共模干擾無法消除，只能通過后端110V轉(zhuǎn)24V 、24V再轉(zhuǎn)12V的兩個接口想辦法，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OK，絕緣和耐壓OK

耐壓測試結(jié)果

絕緣測試

通過上面的更改，只要將24V端的共模信號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LCD屏的干擾，同時設(shè)備的PE地盡量短而粗。

04 總結(jié)

在設(shè)計中記住一點(diǎn)，不管是ESD 還是浪涌，必須重點(diǎn)考慮共模信號的干擾，如何在電路中設(shè)計呢？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。