开关电源之雷击浪涌分析之典型的雷击测试和对策以及小技巧.docx
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开关电源之雷击浪涌分析之典型的雷击测试和对策以及小技巧
开关电源之雷击浪涌分析之典型的雷击测试和对策以及小技巧
下面是一个典型的规格:
（1.2uS/50uS）
–没有误动作:
4kV/12Ω共模,2kV/2Ω差模
–可以交流重启（关机，短时间不工作）:
6kV/12Ω共模,4kV/2Ω差模
–更高雷击电压时，不能出现安规问题
●雷击有两种模式：
差模雷击和共模雷击
●雷击的峰值电压是规定的，在kV级别
●输入阻抗也是规定的，或者有时规定输入短路电流
–例如：
6kV/12Ω=500A
●连续的雷击脉冲和重置时间又非常短造成损害比较大:
–一个非常短的重置时间如：
15s或1分钟,使其很难通过测试，原因为压敏电和其他的部分没时间把温度降下来!
差模雷击
差模雷击是高电压加在L和N线之间.
电流从L线流入从N线流出
共模雷击
（1）
当开关在接右位置，电压加在L线和大地线上（雷击发生器上显示“L1/PE”）.
当开关在接左位置，电压加在N线和大地线上（雷击发生器上显示“L2/PE”）.
上面两个实际上是在电源产品上产生共模和差模电流电流。
共模雷击
（2）
当雷击发生器设定为“L1,L2/PE”,开关同时接到两线上。
这是唯一真的共模雷击测试设定。
如果客户简单说共模雷击指的就这个设定.
系统只有两线输入，输出有悬空（不接大地）,共模雷击是没有意义的!
（很容易通过测试,只要输出真的悬空）
雷击会产生什么损坏?
差模雷击产生高的差模电流能导致输入大电容的电压升高，而损坏输入大电解电容和开关管的漏极。
共模雷击会产生非常高的共模电压，共模电压能造成电弧放电。
电弧放电发生会产生一个非常高的高频的电流。
如果没有电弧放电发生，电流比较小，只有寄生电容Cparasitic*dv/dt.
当发生一个电弧放电，会得到一个非常高的峰值高频电流，高频电流产生噪声能耦合进入低压电路导致误动作。
雷击的损坏：
–非常高的共模电压能导致跨接在初级和次级间的Y电容损坏。
–非常高的差模电压导致输入回路产生过高的电压和过大的电流，损坏输入端的元器件（保险丝，输入整流桥，X电容，压敏电阻，开关管）。
振铃的损坏：
–高频电流能导致在漏极上产生不安全的高压。
–高频电流能导致不安全的高压振铃，可以损坏像肖特基二极管等器件。
雷击电流在电路中是怎么流的？
差模雷击电流在电路中的流向（CLC结构）
从上面电路图来看，大部分的差模电流通过C1和C2
–C1和C2的电压将迅速升高，导致漏极电压过高。
–要想漏极在输入电容电压升高时不损坏，需要加入输入的过压保护线路，在输入电压高一定值，停止开关，漏极电压就会降低，就像TOP系列都有输入过压保护线路
–降低输入大电容的值，也同时降低了成本.
RT1上的损耗是非常大的，输入电容相当短路，所有的压降在RT1上，电流非常大：
V*I*t=能量----可能会失效。
保险丝也是如此。
D1可以看到非常高的电压----如果整流二极管损坏是因为电压过高，那加RC是非常有帮助（在PIN1和PIN2，PIN3和PIN4间接电容,不需要安规电容）C30将看到高电压.X电容具体KV级别的雷击电压。
如果在C30处并联一个压敏电阻
–可以保护整流桥和输入电容
–通过保险丝和RT1的峰值电流会增大
●如果保险丝烧断，考虑更大的保险丝（更高的I2f），但不要使用“电路保护保险丝”
●任何额外串联阻抗将减少峰值电流，
–高阻值的负温度系数热敏电阻RT1
–输入共模电感
–输入差模电感
●如果因为差模雷击电流太大造成的失效（比如：
保险丝，RT1），可以外加一个差模电感来减少峰值电流
●注意：
有些电感非常容易饱和，电感从流过它的电流中存储大量的能量，然后可能因为释放能量产生高压而引发电弧放电或者烧毁电感（所以电感在布线时需要加放电针）。
差模雷击电流在电路中的流向（普通结构）
当电路中没有C1
–共模电感L1要承受更高的电压和更多的电流
–多槽的共模电感对绕组电弧放电有更多的阻抗
●注意：
有些电感器会非常饱和，从电流中存储大量的能量，然后可能因为释放能量产生高压而引发电弧放电或者烧毁电感。
●MOV压敏电阻:
–压敏电阻的直径大小是其吸收能量的指标
–记住压敏电阻是一个电压箝位----如图：
压敏电阻会增加在他左边的器件上的峰值电流
–例如：
在X电容上并联一个压敏电阻，保险丝和RT1上的雷击电流会增大。
差模雷击电流在电路中的流向（电容等效电感）
有时在大的电解电容上的短时间尖峰电压（因为电容的等效串联电感ESL和引脚电感造成的）,损坏漏极.
解决的办法：
在输入电解电容靠近开关管和变压器处并联一个高频的旁路电容，缩小回路面积会有帮助的。
共模雷击电流在电路中的流向----输出接大地
手机，路由器，机顶盒等其他应用，其输出接天线或者外接线的电源设备，需要按上图测试雷击加在输入端和输出端.
●电压加在电源的输入端和输出端上
●注意：
在左边，雷击加在L和N线上（“L1,L2/PE”）
雷击电流会流经B+和B-铜皮
●尽管事实是共模雷击，你也能看到差模的影响
–因为L和N线上的阻抗并非完全相同（电流分流器概念）
●Y电容跨接初次级，必需要承受高电压（雷击电压在kV）
●隔离层将看到高压经过：
–光耦器（图上没有，实际应用中都会有光耦）
–从变压器来看，次级绕组和初级绕组
–从变压器来看，次级绕组和辅助绕组
共模和差模电流结合（L1/PE,L2/PE）
如果你设定雷击发生器为“L1/PE”或“L2/PE”，共模和差模电流结合的效果
●这个不是普通规格
●将得到同样的共模电流流向
●此外输入大电容的电压迅速上升和其他的一些差模电流效果
电流流向----共模雷击电压加在输出端
在比较差的电路图中，电流流过变压器耦合电容（初级和次级耦合电容）和Y电容，电流流过C脚的电容地和IC的地之间的连线，连线上有杂散电感，造成电压下降，将显示在C脚电压上（共模阻抗耦合）
串联一个电阻在光耦的反射极（TOP-GX）
电流流向：
穿过光耦的杂散电容流入初级
●能注入一个非常大的电流造成C脚误动作，损坏或者锁住（和爆掉）
●在光耦连接到C脚串联一个300电阻减少电流脉冲
共模雷击电流流向---3线输入
如果雷击有加但没有穿过电源,（e.g.输出不接地），然后只有Y电容要耐压。
●如果L和N线阻抗不平衡，就会产生差模电流
●Y电容要有KV级别雷击电压
有时，必须结合测试把雷击发生器的地线接到交流接头上的大地端子上和输出共模.
●必须分开两种都测试
●一些电源有金属底架，和有的在内部有接地线，接到AC端子的接地线上
●必须考虑雷击是怎样进入客户系统
●举例,如果系统有金属底架，和这金属底架是接地的，必须试着把底架的接地点接到雷击发生器的地
附加小技巧
修理和预防任何的电弧放电。
因为电弧放电导致大的高频电流流。
●增加空间距离或者在PCB上开槽。
●一旦发生电弧放电，会在铜皮的上留下痕迹，这个地方很容易再次发生电弧放电地方。
因此需要改善这个地方
●如果压敏电阻容易炸裂开，可以在压敏电阻上加热缩套管。
压敏电阻放在离保险丝比较远的地方。
●不能把压敏电阻加在保险丝前，如果这样做了违背了安规
雷击需要考虑下面问题:
–哪儿的电压变形？
–电流流向哪儿？
（电弧放电会产生非常高的电流）
–记住：
共模雷击会产生差模雷击的效果
–控制IC的低压脚，思考一下“共模阻抗在哪里使高频电流造成问题？
”
记住共模阻抗噪声耦合
●能加阻抗减少峰值电流?
–例如，共模电感，差模电感，或者电阻串联在光耦器上----但是记住这些器件都会电弧穿越，如果要加，需要小心
●能箝住高压吗？
用压敏电阻，电容，或者稳压管?
压敏电阻的正确接法
压敏电阻的线要越短越好减少寄生电感
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