机柜VGA差分转换盒LCD屏浪涌整改案例

在设计中记住一点，不管是ESD还是浪涌，必须重点考虑共模信号的干扰，如何在电路中设计呢？我的建议电源和地、地和PE、电源和PE都需加防护器件，这样才不会导致我们被动.

01 目的

3 级测试标准、产品要求达到A 级（如下表）。

A 级：功能无任何异常。

B 级：设备可自恢复。

C 级：设备需要人为干预恢复。

D 级：设备不可恢复的永久性损坏。

02 测试平台示意图

03 过程方法

1 浪涌是怎样产生的

实验时是在模拟实际环境的雷电、电机启动、设备上电等所产生的高电压大电流浪涌脉冲。这种强脉冲信号电流可高达到几十安培至几百安培的电流，电压可达到几千伏特。如下图的实际浪涌波形。

    测试L-PE 端 -1000V 的浪涌电压

2 从浪涌产生的原因去分析问题

浪涌已经产生，它又有哪些途径可以进入设备？对于浪涌，主要还是从电源端进入，所以我们实验时都会将浪涌加在电源端，从下面几种方式接入。

差模：L-N(火线与零线)

共模：L-PE(火线和设备外壳)、N-PE(零线与设备外壳)、LN-PE（火线、零线与设备外壳）

一般如何抑制掉差模的浪涌信号？常规的办法在L-N 之间加一个压敏电阻或者两个TVS管，耐压值取供电电压的2 倍。有时需要根据实际情况调整。而共模信号是最难处理的，在一般容许的条件下，加TVS瞬态抑制二极管和MOV压敏电阻对PE端是行得通的，只是耐压和绝缘无法通过。（在某些领域测试时可以拆除PE端的压敏和TVS再做实验）如下图的耐压和绝缘测试的标准图。

  耐压测试

耐压测试标准：DC110V LN-PE 50hz 1KV 60s 漏电流小于5mA。

绝缘测试

绝缘测试的标准：DC110V LN-PE DC500V 60s 绝缘电阻不小于5MΩ。

因为压敏电阻和TVS管不能通过绝缘和耐压这两个标准，所以直接跨接是不可行的。要如何才能可以呢？请看下图：

对于1000V的耐压要求，气体放电管的DC耐电压值必须≥1000V，同时需要特别注意它的耐压最小值。MOV压敏电阻选择适当，在这个试验中这种电路已经增加在电路中，但是共模浪涌依然过不了，而差模是可以通过的。

3 根据问题想办法进行排查

首先排除LCD 屏单个设备是否能通过浪涌测试？地线是否正确接好？VGA 供电端抗浪涌的能力如何？需要一一确认， 经过测试LCD 屏的抗浪涌能力是OK 的，±2KV A 级。如下实验。

1、LCD 屏单独用电脑供信号，电源接DC110V（没有接浪涌设备），浪涌设备给机柜进行浪涌测试，检验设备的浪涌发生器的浪涌信号是否对传导给输入端DC110V ，测试结果：正常，接线图如下：

2、再将LCD 的信号由电脑提供，VGA差分转换盒电源由机柜供电，结果：屏闪。目的是检查VGA 差分转换盒12V 是否会受机柜端浪涌的影响，接线方式如下：

3、再将LCD 的信号由机柜供，VGA差分转换盒电源由LCD屏内部供电，结果：屏闪。目的是检验LCD 信号端是否会受机柜12V电源浪涌的影响，接线方式如下：

从2 和3 中的试验可以看出，差分信号和电源传导过来的浪涌信号都会影响LCD屏。后来通过增减共模端的滤波和钳位元件，依然没有解决。

4 重点查视频差分信号端抑制浪涌的能力

DC110V端的共模干扰无法消除，只能通过后端110V转24V 、24V再转12V的两个接口想办法，TVS 瞬态抑制二极管和MOV压敏电阻都能解决掉共模干扰，试着将33V的MOV加在24V输出的端，分三种模式，24V-GND、24-PE、GND-PE，最后通过这种方案解决了，如下图：

结果：浪涌所有项OK，绝缘和耐压OK。

再试着将MOV去除，换成33V的TVS。如下图：

 结果：浪涌所有项OK，绝缘和耐压OK

耐压测试结果

绝缘测试

通过上面的更改，只要将24V端的共模信号钳位在一定的范围之内，12V端的共模干扰也就降低了，就能解决掉浪涌对LCD屏的干扰，同时设备的PE地尽量短而粗。

04 总结

在设计中记住一点，不管是ESD 还是浪涌，必须重点考虑共模信号的干扰，如何在电路中设计呢？我的建议电源和地、地和PE、电源和PE 都需加防护器件。

解决措施：根据第三节（4）方案，一、加MOV 33V压敏电阻。二、加33V TV管。这两种都是可行的，但建议加TVS管方便，贴片和插件都可以，只要选型的时候注意TVS管的功率就可以，功率小流通量小，同样起不到抑制浪涌的作用。