雷電沖擊電壓 試驗(yàn)產(chǎn)生與測量

雷擊試驗(yàn)的電流波形對于一個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

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)生器是一個能產(chǎn)生特定波形的理想電壓源，它有一個固定的輸出阻抗。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

此電路由一個帶有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。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 是軟啟動電容C7兩端的電壓。在雷擊發(fā)生時，它能夠被當(dāng)作一個固定的電壓。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)模式這樣的錯誤狀態(tài)，甚至被損壞。

針對雷電沖擊試驗(yàn)的SMPS 設(shè)計考慮

PCB 的主要地線設(shè)計。IC 引腳是否會檢測到噪聲信號，與PCB 的設(shè)計密切相關(guān)。因此PCB 設(shè)計的方針就是將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。

在某些情況下，由于在正常工作時，信噪比太低，因此輔助繞組的地線必須直接連接到IC的地引腳，這樣I3在雷擊時不可避免地會影響IC 管腳。在這種情況下，一種提高對雷電噪聲抵抗能力的方法就是將與輔助繞組的地相連的PCB 引線設(shè)計得盡可能粗以得到較低的阻抗Z。

初級線圈GND 和次級線圈GND 之間的Y 電容。圖4中Y 電容C4的作用是旁路EMI 噪聲。除了連到初級線圈的地之外，有時也能將C4連到儲能電容的正極來達(dá)到旁通EMI 噪聲的目的。這樣做將雷電沖擊電流I2分流到儲能電容的正極，不會再對IC 地電平產(chǎn)生影響。但是，如果出于其它的考慮而不能實(shí)現(xiàn)，那么C4就只能被連到初級線圈的地端，因此就必須使用上星形連接。

變壓器隔離和屏蔽。I3電流的大小由變壓器的隔離電壓決定。如果變壓器的隔離電壓低于雷擊電壓，則會在初級線圈和次級線圈之間發(fā)生瞬時擊穿，并且會產(chǎn)生很大的沖擊電流。除此之外，很大的沖擊電流還會對IC 造成干擾，次級整流器的二極管也會在瞬時擊穿時承受很高的電壓應(yīng)力，甚至被毀壞。因此，建議使變壓器的隔離電壓高于雷電沖擊試驗(yàn)電壓。

變壓器屏蔽有助于減小初級線圈和次級線圈之間的寄生電容，屏蔽層插入到初級線圈和次級線圈之間，并連接到儲能電容的正極。由于屏蔽層更靠近次級線圈，因此次級線圈的GND 與屏蔽層之間的寄生電容要大于次級線圈的GND 與輔助繞組之間的電容。因此在雷電沖擊試驗(yàn)時，雷電沖擊電流更可能通過屏蔽層流入儲能電容的正極，而不會流入初級線圈的GND ，從而對IC GND造成影響。