【干貨】電源適配器雷擊設(shè)計(jì)寶典
雷擊是常見的物理現(xiàn)象，也是電源適配器最主要的電壓應(yīng)力來源。如果防護(hù)不當(dāng)會造成電源損壞或重啟，從而影響電子設(shè)備正常工作，因此電源適配器需滿足安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)定義的雷擊電壓等級要求。
本期芯朋微技術(shù)團(tuán)隊(duì)將為大家分享雷擊標(biāo)準(zhǔn)、雷擊實(shí)驗(yàn)配置、差模及共模干擾路徑分析和設(shè)計(jì)原則。
圖1 IEC61000-4-5雷擊測試開路電壓波形
圖2 IEC61000-4-5雷擊測試短路電流波形
IEC 61000-4-5實(shí)驗(yàn)規(guī)程
圖3 差模雷擊配置示意圖
圖4 共模雷擊配置示意圖
差模雷擊能量通過耦合網(wǎng)絡(luò)，輸入EUT的相線L和N，保險(xiǎn)絲F1，和壓敏MOV1形成回路1，產(chǎn)生差模電流1；
差模雷擊能量通過回路1衰減后，經(jīng)熱敏電阻RT1，整流橋，電解電容EC1形成回路2，產(chǎn)生差模電流2；
差模雷擊能量通過回路1和2衰減后，經(jīng)差模電感L1，電解電容EC2形成回路3，產(chǎn)生差模電流3。
MOV1的加入可以吸收差模電流1的能量，保護(hù)整流橋BD1和電解電容EC1和EC2?；芈?相當(dāng)于雷擊浪涌能量的第1道防洪壩，由于該回路電流較大，PCB銅箔寬度建議0.5mm/kV;
高阻值的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻RT1的加入可以分擔(dān)差模電流2施加到EC1上的能量，保護(hù)整流橋BD1和電解電容EC1，回路2相當(dāng)于第2道防洪壩；
輸入差模電感的阻抗可以分擔(dān)差模電流3施加到EC2上的能量，回路3相當(dāng)于第3道防洪壩，由于EC2上存在幾百伏的雷擊能量殘壓，所以原邊功率管建議采用高雪崩耐量功率MOSFET。
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圖6 4kV差模雷擊測試波形圖
圖7 雷擊共模電流的流向圖
共模雷擊發(fā)生時(shí)兩路主要的共模電流路徑（以負(fù)電壓為例）：
共模電流1：雷擊能量施加到輸出的地，通過輸出共模電感→次級參考地→CY1→輸入電解電容的正→整流橋→輸入共模電感→L線或N線。
共模電流2：雷擊能量施加到輸出的地，通過輸出共模電感→次級參考地→輸出電解的正→變壓器→輔助繞組的地→輸入電解電容的負(fù)→整流橋→輸入共模電感→L線或N線。
1、考慮共模電流路徑因素，優(yōu)化PCB布線：輸入共模和Y電容增加放電針，原邊控制器的地與變壓器的地分別接到輸入電解電容負(fù)極，同步整流芯片的地與Y電容的地分別接到輸出電解電容負(fù)極；
2、為了防止共模電流干擾同步整流芯片，優(yōu)先選用雙供電同步整流芯片，如PN8309H，并在Vin腳串聯(lián)10~22Ω電阻；
3、為了防止共模電流干擾原邊主控芯片，應(yīng)在Vdd供電回路串聯(lián)電阻，將Vdd電解電容緊靠芯片引腳，并增加100nF去耦電容。
圖8 6.6kV共模雷擊測試波形圖
電源抗雷擊能力設(shè)計(jì)是困擾不少電源工程師的難題之一，最佳的設(shè)計(jì)原則是合理的PCB走線，加上更優(yōu)的器件選型。一旦出現(xiàn)雷擊失效，則需要從失效瞬態(tài)工作波形入手，結(jié)合原理分析和器件特性，找出根因并加以改善。
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