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,这样就不会导致我们被动,在一般的设计中没有考虑GND 和PE 之间,电 ...
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2017-10-14 22:08
7552 0 原作者: sun来自: EMCMark 收藏 分享 邀请

一、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。

测试平台示意图

                                      

三、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)根据问题找想办法进行排查

       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。


四、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。




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