PSE雷击浪涌电路保护诊断与整改案例
本期主要是针对PSE电路，进行实际案例分析，分享整改过程。
01 问题描述
某客户，在按照ITU-T K.21测试要求的测试应力测试POE网口时，出现POE网口损坏。表现为PSE IC损坏，无输出。其防护的电路基本框图如下：
从原理图上看，为了做好防护，在POE电源口做了两级TVS 的防护，从应用电路上看，规划的路径是在接口处，IC的输入前，将过电压能量抑制在一个较低的水平，通过实际测试，PSE IC损坏。
02 整改过程
客户的测试是需要满足ITU-T K.21的测试要求，设备为-48V供电，工业交换机，失效项目为网口的POE的12→36、45→78的差模模式，即测试的是POE供电口的差模。测试浪涌的正向与负向都会导致产品失效，PSE不能给PD供电，功能异常。
查阅PSE IC的相关规格书，允许的VIn脚为-0.3~80v输入范围，因为3000W58V的TVS钳位电压通常在90V~100V的水平，超出了芯片的规格书要求。故，怀疑是TVS残压过高，导致PSE接口失效。
经实际测试，正向浪涌时，捕捉PSE的Vin输入脚对地电压，其残压并不高，实测在70V以内，并没有超过IC的规格。排查失效的板子，发现并非PSE IC失效，失效的为后级DC/DC之后的MOS管，通过更换MOS管后，板子能正常工作，失效的路径图如下：
通过去除TVS3后，上机验证正向浪涌，并无发生MOS失效现象，查相关的MOS 规格书，该款MOS的脉冲能力相对较弱，通过去掉TVS3，切断了浪涌路径，使该支路的耐压能力提高，浪涌能力从前级的TVS泄放。
在测试负向浪涌时，设备再次失效，排查之前失效的MOS，无短路失效，更换了PSEIC后设备正常工作，确定为PSE IC失效。通过分析，其失效路径如下：
为此，我们将前级的TVS并联了一个肖特基二极管，在IC的VIn脚增加一个肖特基二极管。主要目的是在做负向雷击时，让雷击能量更快的通过肖特基二极管泄放走，使其不能通过IC的负压方向走回正向方向，如下图所示：
通过整改后，去除多余的防护器件，经实测，浪涌正向、负向均满足测试应力要求，完成整改。精简后的方案图如下：
03 总结分析
① 浪涌的解决方案，切记堆叠物料，简单的堆叠物料只会徒增成本，在防护上未必能起到关键作用。在做浪涌防护时，做好浪涌路径规划尤为重要；
② 测试失效后，需要从失效的器件出发，寻找合理的失效路径，通过器件的特性，规划更加合理的路径作为整改方向；
③ 早期规划浪涌路径，可以降低后期的整改难度。
