针对共模雷电冲击试验的开关电源设计

消费电子产品制造商在产品量产之前，通常都对产品进行雷击试验，以确保设备不会在工作时被雷击中断工作甚至损坏。本文向开关电源(SMPS)电路的设计者提供一些建议，指导如何恰当地设计SMPS以避免由雷击造成的故障或者破坏。 《针对共模雷电冲击试验的开关电源设计》 开关电源（Switched Mode Power Supply，SMPS）在消费电子产品中的应用广泛，为了确保其在实际使用中能够抵御雷电冲击，设计者需要遵循一定的标准和策略。雷电冲击试验是评估设备抗雷击能力的关键步骤，本文将探讨如何在设计阶段考虑并优化SMPS，以防止因雷击导致的故障或破坏。 雷电冲击试验的标准主要有欧洲的IEC61000-4-5和日本的JEC210/212。这些标准定义了试验电流波形，如8~20ms的波形，以及冲击电压的范围和施加方式。在试验中，SMPS需承受从±2kV到±16kV的冲击电压，通过L- N、L-G和N-G进行测试，以检验其在雷击后的生存能力和功能完整性。 试验环境通常是模拟实际使用场景，例如，使用LCD TV及其外部SMPS适配器作为被测设备（EUT）。雷电冲击发生器产生的电压通过隔离变压器传输至SMPS，对SMPS进行差模和共模冲击测试。在每个电压步长和极性下，需重复试验5次，以确保结果的可靠性。 雷电冲击对集成电路（IC）的影响主要体现在电流通过不同路径产生的噪声电压。例如，在反向转换器电路中，冲击电压可能导致电流I1、I2和I3通过不同路径流动，这些电流可能会引起IC检测到的噪声电压，可能导致IC进入保护模式或受损。为避免这种情况，设计者需要考虑PCB地线设计，采用“星形”连接来分流I2和I3，减少对IC引脚的噪声影响。 具体来说，PCB设计应注重地线的布局，如小信号IC地线、大电流CS地线、输入桥式整流器地线、MOSFET散热器地线、Y电容地线和变压器辅助绕组地线，均应采用星形连接。此外，Y电容的选择和连接位置也至关重要，它可以旁路EMI噪声，但在雷电冲击下，可能需要通过连接到储能电容的正极来降低对IC的影响。 变压器的隔离和屏蔽也是关键因素。设计时应确保变压器具有足够的隔离电压以防止瞬时击穿，同时，良好的屏蔽可以减少冲击电流对IC和次级整流器二极管的干扰和损伤。 总结来说，设计能通过共模雷电冲击试验的开关电源，需要综合考虑雷电冲击标准、试验环境、电流路径对IC的影响以及PCB和变压器设计。通过优化这些方面，可以提高SMPS的抗雷击能力，保证设备在恶劣环境下的稳定运行。对于消费电子产品制造商而言，掌握这些设计原则对于提升产品的质量和可靠性至关重要。