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电源模块防浪涌电路应如何设计?
发表时间:2018-09-30 2:30:52

由于电源模块应用的场合也越来越广,应用场合错综复杂,电源模块的输入端时常会伴随浪涌冲击,若超过本身模块能抗的浪涌电压,模块会损坏失效,导致系统的异常,为保证系统的可靠性,电源的前端防浪涌电路如何设计?


一、浪涌电压来源

1、雷击引起的浪涌,当发生雷击时,通讯电路会产生感应,形成浪涌电压或电流;

2、系统应用中负载的切换及短路故障也会引起浪涌;

3、其他设备频繁开关机引起的高频浪涌电压。

据某些权威机构报道,一年之中发生的浪涌电压超过应用电压一倍以上的次数就高达800余次,电压超1000V以上的就有300余次,这是一个相当大的数据,平均每天就有两次,所以浪涌防护电路是必不可少的。


二、电源为何需要浪涌防护电路

电源模块是系统与外部接触、接口的,外部传来的浪涌都经过电源模块,所以需要浪涌防护电路。

由于电源模块体积小,集成度高,内部的控制芯片和晶体管等器件最大耐压和最大电流都比较极限,一个浪涌电压过来可能就使模块损坏失效,导致整个系统的瘫痪,即使没有立马损坏,器件受到应力冲击,也会影响寿命和可靠性,所以为了保证电源模块持续可靠的应用,一般都需要加上浪涌防护电路。电源模块受限于体积小,很多模块内部不能加上防浪涌电路,所以需要在模块的外部加上防浪涌电路。


三、浪涌测试标准

电源模块的浪涌测试标准是参照IEC61000-4-5。该标准适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时,对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌电压的反应。该标准不对绝缘物耐高压的能力进行试验,也不考虑直击雷。

该标准的试验等级分类如下:

表1 试验等级

表1 试验等级

四、浪涌防护电路

由于电源模块体积小,在EMC要求比较高的场合,需要增加额外的浪涌防护电路,以提升系统EMC性能,提高产品的可靠性。如图2所示,为提高输入级的浪涌防护能力,在外围增加了压敏电阻和TVS管。但图中的电路(a)、(b)原目的是想实现两级防护,但可能适得其反。如果(a)中MOV2的压敏电压和通流能力比MOV1低,在强干扰场合,MOV2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。同样的,电路(b),由于TVS响应速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS过早损坏。所以正确的接法一般是如图(c)、(d)所示,在两个MOV或是MOV和TVS之间接一个电感。

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图2 两级浪涌防护

如图3所示,可以在MOV和TVS之间加一个电阻,可以防止TVS先导通到损坏,而MOV还没来得及动作;在选取R的时候要考虑R的功耗,以免R先损坏;同时可以并联电容,吸收能量,提高抗浪涌能力;MOV和TVS的选型很关键,选择适当的最大允许电压和最大通流量很重要,这个就要参照电源模块的输入电压以及浪涌试验等级,如果电压选择小了后端供电不正常,选择大了起不到保护作用,通流量选小了器件容易损坏。

图3 浪涌防护

图3 浪涌防护

 


以下介绍DELTA德尔塔仪器两款脉冲发生器:


一、DELTA德尔塔仪器——GS-1950S脉冲试验信号发生器

1950S型脉冲发生器(Pulse Tester),是用于产生脉冲信号和高压直流信号的试验仪器。此仪器按GB4943。1-2011(IEC60950-12005MOD) 标准的附录N.1要求以及GB8898-2011(IEC60065:2005)标准的附录K.1要求进行设计制作,对各类信息技术设备进行模拟通信网络中的闪电干扰和模拟配电系统中的瞬态电压,属电气安全试验仪器设备。 

1950S型脉冲发生器选用松下PLC可编程控制器(FP-X C14R)控制,所有参数和仪器的工作状态都在台湾威伦通7寸彩色触摸屏(TK6070iH)上显示和设置,中英文菜单界面;该仪器还具过压保护,确保仪器工作的安全可靠性,可广泛应用于电气安全检测实验室和电子、电器制造企业。

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技术指标

1.试验脉冲波形: 10/700uS

波形误差: ± 20%;

输出脉冲电压: 04.0kV,按键设置,分辨率0.01kV

电压数显准确度: ± 5 ± 3字;

2.试验脉冲波形:1.2/50uS

波形误差:± 20%;

输出脉冲电压: 06.0kV,按键设置,分辨率0.01kV

电压数显准确度: ± 5 ± 3字;

3.充放电时间设置: 1  999

4。其准确度:± 2

5.充放电次数设置: 0  999

6。其准确度: ± 1次。

7.输出电压极性: 正负交替切换

8。监测输出端分压比: 11000

9。过流保护和过压保护:可连续设置保护值(机内调节设置);

10.显示和操作方式: 7寸彩色触摸屏(TK6070iH)显示和菜单界面操作;

11。高压变压器功率:400VA

12。仪器尺寸:约640mm(长)×460mm(深)×320mm(高);

13。工作电源: 220V ± 10%,50Hz ± 2Hz


试验网络电路图:

GB4943.1-2011(IEC60950-12005MOD) 标准的附录N.1中的试验网络电路图

图片1.png

:

1)上图中的电路用来产生脉冲电压,所用元器件数值见下表,电容器C1起始状态被充电压Uc。10/700μs10μs为视在波前时间,700μs为视在半峰值时间,其波形见图9所示,T1为视在波前时间,T为视在半峰值时间)的脉冲试验电路是用来模拟通信网络中的闪电干扰。

21.2/50μs (1.2μs为视为在波前时间,50μs为视在半峰值时间,其波形见图9所示)的脉冲试验电路是用来模拟配电系统中的瞬态电压。

3)脉冲波形是指在开路条件下的波形,在不同的负载条件下波形是各不相同的。由于大量的电荷储存在电容器C1内,因此在使用这些发生器时需要十分小心。

脉冲发生器电路中的元件值表:

试验脉冲

C1

R1

R2

C2

R3

10/700μs

20μF

50Ω

15Ω

0.2μF

25Ω

1.2/50μs

1μF

76Ω

13Ω

30nF

25Ω

 

适合标准

应用范围

装箱清单

GB4943。1-2011标准(IEC 60950-12005,MOD

 

Ⅰ类设备、Ⅱ类设备、Ⅲ类设备;各种信息技术设备、电子元件等产品。

 

主机:1台

高压测试线:1

BNC测试线:1

电源线: 1

说明书: 1

保修卡: 1 (一年保修)合格证书:1张


 








二、DELTA德尔塔仪器——1.2/50us脉冲电压试验仪


仪器概述:高压脉冲试验仪是用GB/T17627.1(eqvIEC61180-1)标准规定的波形为1.2/50µs的标准雷电波试验装置。仪器波前时间为1.2µs,波后时间为50µs。仪器符合国标GB 19510.1-2009(IEC61347-1:2015附录P)、GB 14048.1-2006、GB 14048.2-2008、GB 16916.1-2003、GB 16917.1-2003、GB 17627.1(eqvIEC61180-1)、GB 14048.2、GB 17215.211-2006 /IEC 62052-11:2003、GB 4706.1-2005 (IEC 60335-1/A2 :2016)《家用和类似用途电器的安全通用要求》该标准新增的第14、19、29章节等标准要求。用于检测电子镇流器、电子元器件能承受瞬态过电压能力,以及器具的电气间隙和爬电距离,适用于低压电器、家用电器、电能表、铁路通讯、防雷器件测试等行业检测机构以及生产厂家通过3C认证必备的设备。

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仪器主要特点:

仪器使用方便、操作简单、重复性好、不用调节球距。主要部件放电开关使用寿命达30万次以上。配有数显脉冲峰值表,精度高,能通过数显表即可判别试验结果。在量程范围内电压可以任意调节。


主要技术参数:

1。波前时间:1。2ms±30%(标准规定);

2.半峰值时间:50ms ±20%(标准规定);

3.冲击极性:正、负;

4。峰值电压 范围:1KV~10 kV ±3%;

5。仪器内阻 12Ω ±10%(标准规定;

6.脉冲间隔时间:5~99次;

7.冲击次数:1~99999次可预设;

数据接口:仪器配有波形检测口,可外接泰克数位示波器检测波形(数字示波器客户自备)。


装箱清单

名称

数量

主机

一台

电源线

一套

说明书

一份

合格证书

一张

保修卡

一张

 




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