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电源模块的前端防浪涌电路如何设计?
 

  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,电源模块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:

  

电源模块防浪涌电路应如何设计

  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。

  

电源模块防浪涌电路应如何设计

  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,电源模块通流量选小了器件容易损坏。推荐阅读:电源模块同步整流与低功耗化功能

 
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