开关电源的雷击浪涌问题是一个重要的考虑因素,特别是在设计用于户外或可能遭受雷电干扰的设备时。以下是一些应对开关电源雷击浪涌的建议:
雷击浪涌的起因主要包括直击雷、传导雷和感应雷。直击雷是雷电直接击中线路或设备,传导雷是雷电击中线路附近物体后,电流通过线路传导至设备,而感应雷则是雷电在附近产生电磁场,线路在电磁场中感应出电压和电流。此外,大型电力开关切换时也可能在供电线路上感应出大的浪涌电压和电流。
使用浪涌保护器件:
陶瓷气体放电管(GDT):一种由电压导通的开关型器件,并联在被保护设备的线与线或线与地端之间,用于防雷保护。
瞬态抑制二极管(TVS):一种限压型的过压保护器件,能以极快的速度(pS级)把过高的电压限制在一个安全范围之内。
压敏电阻(MOV):以氧化锌为材料烧结而成的半导体限压型浪涌器件,具有优异的非线性特性和超强的浪涌吸收能力。
其他器件:如自恢复保险丝(PTC)、静电保护阵列(ESD/TVS Arrays)、玻璃放电管(GGD)等,也可以用于浪涌保护。
设计合理的电路布局:
在布局上,应注意避免雷击能量对敏感元件的冲击。例如,半导体元件的GND trace应避开Y-Cap雷击能量泄放路径,以避免元件损坏。
对于共模雷击,应考虑跨初、次级的安全距离,避免雷击跳火或组件损坏。对于差模雷击,主要对策是使用MOV或Spark Gap等组件吸收并抑制能量流入power supply内部。
地线处理:
在一次侧部分,Ground的layout顺序应为大电容的Ground→Current sensor→Y-Cap→一次侧变压器辅助绕组Vcc电容的Ground→PWM IC外围组件的ground→PWM IC的ground。
在二次侧部分,应注意TL431的地接至第二级输出电容的地,二次侧Y-cap的出脚接至二次侧变压器的ground。
为了确保开关电源能够承受雷击浪涌的冲击,应进行相关的测试。测试项目主要针对电源火线(L)、地线(N)、安全地(E)进行不同组合测试,如L→E、N→E、L&N→E、L→N等。测试仪器应满足IEC61000-4-5和GB/T17626.5等标准。
在选择浪涌保护器件时,应考虑其钳位电压、通流量、响应时间等参数,以确保其能够有效地吸收浪涌能量。
在进行电路布局时,应注意保持敏感元件与雷击能量泄放路径的安全距离。
在进行雷击浪涌测试时,应确保测试电压不超过规定值,以避免对设备造成损坏。
综上所述,通过了解雷击浪涌的起因、采取防护措施、进行雷击浪涌测试以及注意相关事项,可以有效地应对开关电源的雷击浪涌问题。