硬件技术：浪涌测试中通讯端口TVS管损坏机理分析

1. 引言

独学而无友，则孤陋而寡闻。

本文以SURGE测试中通讯端口防护器件损坏为例，进行损坏机理分析、不同测试方法带来的影响分析、不同应用场景的测试方法选择，以及SURGE防护设计中的注意点等内容进行分析说明。

2. 背景介绍

某机车控制器的通讯端口进行±1KV等级的SURGE测试，出现通讯端口防护器件TVS管损坏情况。

3. 系统组网

组网：某机车控制器（EUT），通过CAN通讯线与AE设备连接，互连线长度10m；

测试端口：CAN端口，±1KV，阻抗42Ω；

端口防护说明：EUT侧CAN端口TVS管防护①；AE侧CAN端口TVS管防护②；EUT侧15V电源对地跨接电容C和TVS管③；AE侧对地无跨接防护④；

端口注入方法：断开与AE相连的CAN-H和CAN-L，但A-GND保持与AE设备相连。

接地说明：CAN参考地为A-GND，AE设备的通讯参考与电源的参考地为A-GND，AE由EUT的DC15V供电，DC15V的参考地为P-GND。测试组网如图1所示。

实验现象：在多次SURGE测试中发现， EUT端口TVS管被打坏，但并不是每次试验都能复现，试验次数越多，越容易复现。

4. TVS管损坏的机理分析

4.1 SURGE干扰的路径分析

CAN电路的参考地为A-GND，AE设备的电源参考地为A-GND ，EUT的15V电源地为P-GND，因EUT的DC15V给AE进行供电，使得A-GND与P-GND进行了互连，且P-GND对PE有跨接TVS管和电容，使得SURGE噪声沿着低阻抗路径流到大地。

SURGE噪声干扰路径：SURGE发生器→CDN的Zin→通讯TVS1管→通讯线地线Zline→电源地线Zline→对PE跨接电容C1和TVS3管→PE，如下图2所示。

      4.2 SURGE噪声频谱分析

           4.2.1 SURGE的波形

根据IEC 61000-4-5 2019标准中SURGE的典型开路电压波形参数为1.2/50us。参见图3所示：

                            图3 SURGE发生器开路电压