本文主要举例分析在对某设备在做浪涌测试时485芯片及其保护器件烧坏的现象，原因分析、解决措施、思考与启示。

 

Part 1现象描述:浪涌测试的“连环凶杀案”

某产品遭遇离奇惨案——12V电源口做±2kV浪涌测试，竟让隔壁485接口芯片暴毙！

尸检报告显示：485保护神TVS炸成烟花，通信芯片惨遭灭口，而主犯12V电源的保护电路却在悠闲喝茶！

案发现场怪象：

12V电源口浪涌测试时，485接口飘出神秘焦糊味

气体放电管（GDT）全程装睡，TVS却主动“挡枪”牺牲

PGND和GND像分居夫妻，全靠放电管“传话”

 

Part 2原因分析：保护电路的“职场内讧”

12V电源接口如下图所示：

485接口的浪涌保护设计如下图所示：

图中, PGND是该产品的系统接地点, 即保护地。

GND是内部电路工作地｡ 

在该产品 12V 电源接口中, PGND与GND没有短接, 而将GND与PGND通过气体放电管连接｡

其设计的目的是当电源接口有过压浪涌出现时, 让共模浪涌能量通过气体放电管泄放｡ 

为什么会出现芯片烧坏的现象呢？接下来让我们抽丝剥茧。

第一幕：GND的“三角虐恋”

解剖电路发现狗血剧情：

[死亡电流路径]   

浪涌袭击12V口 → TVS秒响应(抢功) → 放电管还在睡懒觉 → 485芯片被误杀  

关键证据：

TVS：响应速度皮秒级（职场卷王）

放电管：响应速度微秒级（躺平老干部）

共模电感：无辜吃瓜群众（内心OS：关我啥事？）

第二幕：接地系统的“分居危机”

PGND（保安室） 和 GND（总裁办） 分家

靠放电管“传话”，效率堪比驿站送信

485接口的TVS竟成“地下通道”

这样, GND 和 PGND 之间相当于形成了两级保护: 

一级是放电管。

另一级是瞬变二极管 (TVS) 和共模电感。

有关共模电感、气体放电管、TVS的详细介绍，大家可以参考《EMC相关器件简介——电感及共模电感》、《EMC相关器件简介——防浪涌电路中的元器件之气体放电管》、《EMC相关器件简介——防浪涌电路中的元器件之TVS》。

由于两级保护之间没有协调退耦元件 (电感､ 电阻等), 并且TVS 的响应速度要快于放电管。

所以12V电源口进行共模±2kV试验时 (即GND和 PGND 之间施加有过电压), 485 的保护器件形成的二级保护电路将迅速导通, 而放电管实际上根本没有动作, 从而没有起到保护作用。

即12V 电源上的浪涌通过 485 的保护电路泄放, 电源本身保护电路没有动作。

而且由于 485 后级保护电路的瞬变二极管的通流能力很小, 实际浪涌电流大于 485 保护电路后级 TVS 的通流能力, 导致 TVS 损坏, 并损坏 485 的通信芯片｡ 

 

Part 3处理措施：浪涌团队的“整顿方案”

电磁和谐三招

1. 裁撤冗余部门：

一刀砍掉485二级保护TVS（POST05下岗）

效果：485接口抗浪涌能力反升至±4kV！测试通过

变形后的保护电路如下图所示：

2. 家庭重组计划：

PGND和GND直接复婚（短接）

效果：浪涌电流乖乖走专用泄放通道，也可以通过共模±2 kV 的浪涌测试｡

3. 职场隔离术：

485前级保护TVS改接GND，切断与PGND的暧昧关系

口诀：各找各妈，各守各家

效果：可以通过测试

 

Part 4思考与启示：浪涌防护的“团队管理术”

血泪经验包

1. 保护不是越多越好：

两级TVS = 两个保安互相指望对方抓贼

黄金法则：低速接口一级TVS足够（485/CAN）

2. 接地关系要清爽：

PGND和GND要么离婚（隔离），要么复婚（短接）

切忌搞“分居暧昧”（通过器件连接），当然有些器件除外，如有的在PGND和GND之间加RC并联，起到静电释放以及隔离干扰的作用。

3. 三级防护哲学：

第一级：气体放电管(抗雷神)，最慢

 第二级：压敏电阻(打怪兽)  ，适中

第三级：TVS(清小兵)，最快

口诀：慢器件在前，快器件殿后

举一反三技巧

遇到多接口产品，先画 “浪涌电流路径图”

用万用表蜂鸣档检查GND/PGND是否意外“偷情”

重要信号预留TVS焊盘，但先不贴装（备而不用）

 

来源：电子工程师之家

关键词： 浪涌测试 485芯片 保护器件