來源：電子產(chǎn)品世界 作者：英飛凌科技(亞太)有限公司 luo junyang、kok siu kam、he yi

    摘要： 雷電沖擊是造成過應(yīng)力最普遍的原因。一些消費(fèi)電子設(shè)備，例如機(jī)頂盒和dvd播放器，通常都會含有調(diào)諧接收器。當(dāng)交流電源線或者天線受到雷擊時(shí)，雷電沖擊就會通過這些通路在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生過電壓或者過電流現(xiàn)象。本文向開關(guān)電源(smps)電路的設(shè)計(jì)者提供一些建議，指導(dǎo)如何恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)smps以避免由雷擊造成的故障或者破壞。

    關(guān)鍵詞： 雷電沖擊；smps；變壓器

    引言

    消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商在產(chǎn)品量產(chǎn)之前，通常都對產(chǎn)品進(jìn)行雷擊試驗(yàn)，以確保設(shè)備不會在工作時(shí)被雷擊中斷工作甚至損壞。本文向開關(guān)電源(smps)電路的設(shè)計(jì)者提供一些建議，指導(dǎo)如何恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)smps以避免由雷擊造成的故障或者破壞。

    雷電沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)概述

    歐洲標(biāo)準(zhǔn)iec61000-4-5和日本標(biāo)準(zhǔn)jec210/212是目前兩種主要的雷電沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。表1顯示了兩種標(biāo)準(zhǔn)之間的差別。

    圖1顯示了雷擊試驗(yàn)的電流波形。對于一個(gè)8~20ms的波形，t1 = 8ms、t2 = 20ms。通常，試驗(yàn)中沖擊電壓的范圍從±2kv到±16kv，步長為±2kv，施加在電源線之間或一條電源線與被測設(shè)備(eut)機(jī)架的地之間，即l-n、l-g和n-g。沖擊的功率直接加載到eut中的smps 上，因此必須保證smps不會被毀壞，并且在沖擊電壓被施加后還能正常工作。在1990年代初iec61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)以前，大多數(shù)設(shè)備制造商使用的都是jec210/212標(biāo)準(zhǔn)。之后，iec61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)得到了廣泛應(yīng)用。

    試驗(yàn)環(huán)境

    圖2顯示了雷電沖擊試驗(yàn)的測試環(huán)境。使用帶有外部smps適配器的lcd tv作為eut。雷電沖擊發(fā)生器是一個(gè)能產(chǎn)生特定波形的理想電壓源，它有一個(gè)固定的輸出阻抗，參見表1。交流電源通過隔離變壓器對smps適配器供電，對于差模沖擊試驗(yàn)，沖擊電壓施加在smps適配器的交流電源線之間，而對于共模沖擊試驗(yàn)，則施加在一條交流電源線和機(jī)頂盒調(diào)諧器的輸入插座上的地連接之間。在每個(gè)電壓步長(2kv-16kv)和每種極性上，分別進(jìn)行5次試驗(yàn)。

    雷擊電壓對ic的干擾

    圖3顯示了一個(gè)進(jìn)行雷擊試驗(yàn)的電路實(shí)例。此電路由一個(gè)帶有coolset-f3 pwm控制器的反向轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。沖擊信號施加在零線和地平面之間。圖中顯示了可能的沖擊電流通路，t1、t2和t3 。i1 是通過位于零線和地之間的y型電容cy1的電流。通常i1 在橋式整流器前就被限制，因此pwm ic無法檢測。i2 是通過emi電容c4的電流，i3 是從變壓器次級線圈的地到初級線圈的地之間的電流。如圖所示，i2 和i3 可能會對ic gnd產(chǎn)生潛在的影響，具體取決于pcb的設(shè)計(jì)。如果ic有引腳直接連到儲能電容正極的高電壓上，則i4也會對ic產(chǎn)生影響。

    假設(shè)z是粉紅色的pcb引線的阻抗，則ic引腳1(softs)和引腳8(gnd)之間的電壓為：

    vsofts_gnd=vc7+z·(i2+i3) (1)

    其中，vc7 是軟啟動(dòng)電容c7兩端的電壓。在雷擊發(fā)生時(shí)，它能夠被當(dāng)作一個(gè)固定的電壓。由公式(1)可以看出，ic檢測到由i2 和i3引起的噪聲電壓。在fb到gnd、vcc到gnd和isense到gnd這些ic的引腳電壓上，也出現(xiàn)了同樣的情況。如果噪聲電壓過高，ic可能會進(jìn)入像保護(hù)模式這樣的錯(cuò)誤狀態(tài)，甚至被損壞。

    針對雷電沖擊試驗(yàn)的smps設(shè)計(jì)考慮

    pcb的主要地線設(shè)計(jì)。ic引腳是否會檢測到噪聲信號，與pcb的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。因此pcb設(shè)計(jì)的方針就是將i2 和i3分流到不會被ic檢測到的其它路徑上。建議對下列地線使用“星形”連接，它們是小信號ic 地線；大電流cs地線；輸入橋式整流器地線；mosfet散熱器地線；y電容地線(如果y電容被連接在變壓器初級線圈地線和次級線圈地線之間)；變壓器輔助繞組地線。如圖4所示，這些地線被分開連接，并在儲能電容的負(fù)極相連。

    使用圖4中所示的適當(dāng)?shù)男切芜B接后，i2和i3將不再通過綠色的pcb引線，因此ic引腳