雷擊的測試項目主要針對電源火線(L),地線(N),安全地(E)進行不同組合測試主要測試項目有四種(L→E , N→E, L&N→E, L→N), 一般設計考慮上分為共模(Common Mode)與差模(Differential mode)兩大類,
A. L→E , N→E, L&N→E 測試屬于共模(Common Mode)
B. L→N 測試屬于差模(Differential mode)
以下是做雷擊測試時Common Mode 和Differential mode 的路徑如下圖所示
共模的雷擊對策: (Common Mode)
共模雷擊能量泄放路徑,(參考上圖綠線) ,首先考慮跨初、次級會因安全距離不足而造成其雷擊跳火或組件損壞的路徑有那些?(變壓器 /光耦合器 /Y-Cap)針對這三個組件選擇與設計考慮如下:
1. 變壓器:
因變壓器橫跨于初、次級組件, 依照工作電壓有不同的安規距離要求, 一般采
用Class B 的等級, 零件本身初次級需通過Hi-POT 3000Vac , 需特別注意腳距離與鐵心的距離以及繞組每層膠帶數量是否符合絕緣強度。
2. 光耦合器:
組件本身的距離需符合安規的要求, layout 時零件下方不可有Trace 避免距離
不足的問題。
3. Y-Cap:
本身的特性是高頻低阻抗的組件,當共模雷擊測試時,能量會快速通過Y-Cap
所擺放的路徑, 因此layout 布局時半導體組件(PWM IC , TL431, OP…) GND
trace 應避開Y Cap 雷擊能量泄放路徑, 以避免成零件的損壞.
差模的雷擊對策: (Differential)
雷擊能量流經的路徑主要在橋式整流器前的L 和N 回路, 主要對策如下: Varistor(MOV) 或 Spark Gap(雷擊管)吸收 等組件吸收并抑制能量流入power supply 內部。
1. Thermistor (NTC) :串接于L or N 的路徑上,會增加回路的阻抗值,進而降低進入Power supply 的電流能量。
2.MOV(Metal Oxide Varistor ) :金屬氧化物或突波吸收器, 使用上并聯于L 和N 上,組件本身為一個高阻抗的組件,在一般的情形下并不會有損耗產生,只有稍許的漏電流,當瞬間的雷擊高電位進入電源輸入端且超過MOV 的崩潰電壓,此時產生抑制電壓的動作,而讓瞬間上升電流流經MOV 本身進行能量吸收,降低雷擊的能量進入Power Supply 本身。
3. Spark Gap or Gas Discharge Tube : 使用上并聯于Common Choke 同一次側的兩端,針對雷擊所產生的動作保護原理當瞬間的高電位在Common Choke 兩端超過其額定的電壓時會激發惰性氣體, 此時Spark Gap 會產生電弧放電,將突波的能量抑制下來,不讓大量的能量進入Power Supply ,
4. 在layout 上規劃出鋸齒狀的銅箔形式,兩端距離約1mm,當Common Choke 兩端的壓差太大時,產生尖端放電的現象,將能量進而宣泄。
除了上述設計上所應注意的地方之外, Layout 上如何達到對電擊的防制亦是重要一環。
地線(Ground) 的處理,如下圖所示
A. 一次側的部分,Ground 的layout 順序大電容的Ground →Current
sensor→Y-Cap→一次側變壓器輔助繞組Vcc 電容的Ground→PWM IC 外圍
組件的ground →PWM IC 的ground 。
B. 二次側的部分:1. TL431 的地接至第二級輸出電容的地。
C. 二次側Y-cap 的出腳接至二次側變壓器的ground 。
2. 正端高壓部分的處理, 如下圖所示。
A. L,N 兩線距離2.5mm 以上及與E 的距離在4mm 以上。
B. 高壓的銅箔與低壓的銅箔安全距離在1.5mm 以上。
C. 一、二次側的距離在6mm 以上。
4. PWM IC layout 的注意事項 ,因PWM IC 相較于其它的組件而言是屬于比較脆弱且易損傷的組件, ,舉例在一般的PWM IC 都會定義每支腳位所能承受的最大電位及負向電壓如下圖所示,所以一開始layout 其組件的擺置相形重要。
Vcc 的電解電容及陶瓷電容。
Cs pin 的陶瓷電容。
CT pin 的陶瓷電容。
COMP pin 的陶瓷電容。
以上電容都要盡量要靠近IC,以防止瞬間電壓進入PWM IC(尤其是負電壓)。再來
就Ground 的處理, 首先將PWM IC 之 CT / CS / COMP 所有GND 接在一起后,單點
進入IC GND,再接至Vcc 電解/陶瓷電容的Ground 最后再接至輔助繞組的Ground。
對于layout ground 的部分用實例來解釋 如下圖所示, Ground 的layout 準則
1. Current sense 電阻直接回到大電容的地。
2.由大電容的地先到變壓器的地再到輔助繞組 Vcc 電解電容的地。
3. 由輔助繞組 Vcc 電解電容再分出去給光耦合器的地及IC 外圍陶瓷電容的地,最后接到PWM IC 的地。