開關電源的雷擊浪涌問題是一個重要的考慮因素,特別是在設計用于戶外或可能遭受雷電干擾的設備時。以下是一些應對開關電源雷擊浪涌的建議:
雷擊浪涌的起因主要包括直擊雷、傳導雷和感應雷。直擊雷是雷電直接擊中線路或設備,傳導雷是雷電擊中線路附近物體后,電流通過線路傳導至設備,而感應雷則是雷電在附近產生電磁場,線路在電磁場中感應出電壓和電流。此外,大型電力開關切換時也可能在供電線路上感應出大的浪涌電壓和電流。
使用浪涌保護器件:
陶瓷氣體放電管(GDT):一種由電壓導通的開關型器件,并聯在被保護設備的線與線或線與地端之間,用于防雷保護。
瞬態抑制二極管(TVS):一種限壓型的過壓保護器件,能以極快的速度(pS級)把過高的電壓限制在一個安全范圍之內。
壓敏電阻(MOV):以氧化鋅為材料燒結而成的半導體限壓型浪涌器件,具有優異的非線性特性和超強的浪涌吸收能力。
其他器件:如自恢復保險絲(PTC)、靜電保護陣列(ESD/TVS Arrays)、玻璃放電管(GGD)等,也可以用于浪涌保護。
設計合理的電路布局:
在布局上,應注意避免雷擊能量對敏感元件的沖擊。例如,半導體元件的GND trace應避開Y-Cap雷擊能量泄放路徑,以避免元件損壞。
對于共模雷擊,應考慮跨初、次級的安全距離,避免雷擊跳火或組件損壞。對于差模雷擊,主要對策是使用MOV或Spark Gap等組件吸收并抑制能量流入power supply內部。
地線處理:
在一次側部分,Ground的layout順序應為大電容的Ground→Current sensor→Y-Cap→一次側變壓器輔助繞組Vcc電容的Ground→PWM IC外圍組件的ground→PWM IC的ground。
在二次側部分,應注意TL431的地接至第二級輸出電容的地,二次側Y-cap的出腳接至二次側變壓器的ground。
為了確保開關電源能夠承受雷擊浪涌的沖擊,應進行相關的測試。測試項目主要針對電源火線(L)、地線(N)、安全地(E)進行不同組合測試,如L→E、N→E、L&N→E、L→N等。測試儀器應滿足IEC61000-4-5和GB/T17626.5等標準。
在選擇浪涌保護器件時,應考慮其鉗位電壓、通流量、響應時間等參數,以確保其能夠有效地吸收浪涌能量。
在進行電路布局時,應注意保持敏感元件與雷擊能量泄放路徑的安全距離。
在進行雷擊浪涌測試時,應確保測試電壓不超過規定值,以避免對設備造成損壞。
綜上所述,通過了解雷擊浪涌的起因、采取防護措施、進行雷擊浪涌測試以及注意相關事項,可以有效地應對開關電源的雷擊浪涌問題。