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      類型分類:
      科普知識
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      單路平板開關電源

      小功率無壓敏開關電源系統的浪涌設計及實際測試

      發布日期:2022-04-18 點擊率:74

      在我們很多工業及消費類電子產品應用中,使用開關電源系統供電可以減小體積,對于電源的輸出負載主要是繼電器及MCU等簡單的控制系統,追求小體積電源系統簡單可靠在應用中越來越廣泛。特別是物聯網產品的應用,同時開關電源供電系統的集成度已非常高,好的設計和選擇非常重要。為了做到應用時應對系統EMC的要求提供我前期的工作設計案例,該設計方案體積和成本要求嚴格,輸入交流前端的壓敏電阻要求去掉能通過>2KV的差模浪涌設計最好能通過2.5KV的測試要求,分享給電子設計愛好者參考。

      1.小功率電源系統LNK564P的設計原理圖

      2.小功率系統LNK564P方案在L,N之間施加差模浪涌測試時在芯片上的耐壓關系

      加在芯片VDS上的電壓≈VO≈V1(電容兩端的浪涌電壓)

      3.小功率開關電源系統LNK564P測試的浪涌電壓等效路徑圖如下:

      RF1=保險絲/保險絲電阻/NTC等的額定電阻值;

      RL1=電路中的差模/共模電感的直流電阻阻值;

      CRES=電解電容的RES在1KHZ-100KHZ的最大內阻值;

      RL=變壓器的原邊電感的直流電阻阻值;

      VO≈V1≈加載在芯片VDS兩端的最大電壓值。

      4.浪涌的測試原理及波形

      5.浪涌的實際波形圖-即其浪涌的頻譜范圍是6.3KHZ-265KHZ。

      6.小功率電源LNK564PN電路中器件參數用LCR測試儀的實際測試數據如下:

      (1K-100KHZ頻率測試)

      注明:保險絲選擇5A/250V ;10UF/400V電解電容為CD263-150℃

      7.輸出VO值的理論計算值

      VO=SurgeU1×CRes/(CRes+2+RF1+RL1)

      ①當系統L,N之間加2KV差模浪涌

      VO=2000×6/(6+2+13)=572V

      ②當系統L,N之間加2.5KV差模浪涌

      VO=2500×6/(6+2+13)=714.3V

      ③當系統L,N之間加2.45KV差模浪涌

      VO=2450×6/(6+2+13)=700V

      8.結論

      在上述的實際器件參數和應用原理圖設計時。系統是可以通過2KV的差模浪涌測試的。當系統的L,N之間的浪涌電壓大于等于2400V的差模浪涌時系統會隨時出現芯片損壞的現象(VO的電壓達到芯片的耐壓700V的極限)。

      9.實際的測試數據情況

      A.隨機測試10pcs-LNK564P芯片都通過L,N之間差模2KV的浪涌測試

      B.將浪涌電壓提高到L,N之間差模2.3KV通過浪涌測試。

      C.將其中一個LNK564P的芯片L,N之間差模提高到2.4KV也通過了浪涌測試。

      從測試結果來看理論計算和實際測試基本還是比較吻合的。

      在實際使用時測試2.5KV有出現損壞的情況。(由此對系統進行了設計分析)

      理論和實際情況如下:

      在實際器件參數和應用原理圖設計。系統是可以通過2KV的差模浪涌測試的。

      當系統的L,N之間的浪涌電壓大于等于2400V的差模浪涌時系統會隨時出現芯片損壞的現象(VO的電壓達到芯片的耐壓700V的極限)。

      10.將電路中的電感L1=2.2mH更改為3.3mH的電感的實際計算情況如下:

      輸出VO值的理論計算值

      VO=SurgeU1×CRes/(CRes+2+RF1+RL1)

      ①當系統L,N之間加2KV差模浪涌

      VO=2000×6/(6+2+25)=364V

      ②當系統L,N之間加2.5KV差模浪涌

      VO=2500×6/(6+2+25)=455V

      ③當系統L,N之間加3KV差模浪涌

      VO=3000×6/(6+2+25)=546V

      結論:

      從上面理論的計算結果說明:

      如果將電感更換為3.3mH時提高L,N之間的浪涌電壓時所加在LNK564P的浪涌電壓不會超過芯片的最高承受電壓??蓽p少芯片在浪涌電壓時的故障率。在實際運用時可選擇3.3mH的相同2.2mH電流的電感進行替換,可以增加系統抗浪涌的能力。

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