電源(yuan)產(chan)品的雷擊防制-西安(an)浩(hao)南(nan)電子科(ke)技有限(xian)公(gong)司

雷(lei)擊(ji)是(shi)大自然界(jie)現(xian)象(xiang),當(dang)雷擊(ji)中(zhong)地(di)面或障礙物(wu)時,瞬間的(de)突(tu)波(bo)電壓(ya)會(hui)藉(ji)由傳(chuan)輸系統（如(ru)電力(li)線/天線/網絡(luo)）等(deng)進(jin)入電源(yuan)產(chan)品（Power supply） ,此異(yi)常(chang)能量造成(cheng)產(chan)品內(nei)部(bu)的組件損毀。另(ling)外(wai), 在現(xian)實(shi)生(sheng)活(huo)中(zhong), 電源(yuan)開關(guan)切換與(yu)插頭的(de)插拔, 也(ye)有可(ke)能出現(xian)類(lei)似的瞬間的(de)突(tu)波(bo)電壓(ya)。
為了(le)驗(yan)證產(chan)品對雷擊防制的(de)耐受程(cheng)度 , 因此IEC 針(zhen)對不同的(de)產(chan)品定(ding)出的雷(lei)擊測試(shi)規(gui)範（IEC-61000-4-5） , 表(biao)就(jiu)針(zhen)對不同產(chan)品所(suo)訂定(ding)的規(gui)範。

為了(le)模(mo)擬(ni)雷擊波(bo)形與(yu)能量, 測試(shi)的(de)方(fang)式主要分(fen)為以下兩(liang)種

開路(lu)電壓(ya)（open circuit voltage）（圖(tu)二）

與(yu)短(duan)路(lu)電流（short circuit current）（圖(tu)三） :

雷擊(ji)的測試(shi)項(xiang)目(mu)主要針(zhen)對電源(yuan)火線（L）,地(di)線（N）,地(di)（E）進行(xing)不同組合測試(shi)主要測試(shi)

項(xiang)目(mu)有(you)四(si)種（L??E , N??E, L&N??E, L??N）, 般設(she)計(ji)考慮(lv)上(shang)分(fen)為共模（Common Mode）與(yu)差(cha)模（Differential mode）兩(liang)大(da)類(lei), A. L??E , N??E, L&N??E 測試(shi)屬(shu)於(yu)共(gong)模(mo)（Common Mode） B. L??N 測試(shi)屬(shu)於(yu)差(cha)模(mo)（Differential mode）

以下是(shi)做雷擊(ji)測試(shi)時(shi)Common Mode 和(he)Differential mode 的(de)路(lu)徑如(ru)圖(tu)四(si)所(suo)示

圖(tu)四(si)

共(gong)模的雷擊對策(ce): （Common Mode）

共模雷(lei)擊(ji)能量泄(xie)放(fang)路(lu)徑,（參(can)考圖(tu)四(si)綠(lv)線） ,先(xian)考慮(lv)跨(kua)初、次(ci)會(hui)因距離(li)不足(zu)而(er)造成(cheng)其(qi)雷擊(ji)跳(tiao)火或(huo)組件損壞的(de)路(lu)徑有(you)那些?（變(bian)壓(ya)器 /光耦(ou)合器 /Y-Cap）針(zhen)對這(zhe)三個組件選(xuan)擇與(yu)設(she)計(ji)考慮(lv)如(ru)下:

1. 變(bian)壓(ya)器:

因變(bian)壓(ya)器橫跨(kua)於(yu)初、次(ci)組件, 依(yi)照(zhao)工作(zuo)電壓(ya)有(you)不同的(de)安規(gui)距離(li)要求(qiu), 般采用(yong)Class B 的等(deng), 零(ling)件本(ben)身初次(ci)需(xu)通過Hi-POT 3000Vac , 需(xu)特別(bie)註(zhu)意腳(jiao)距離(li)與(yu)鐵(tie)心(xin)的(de)距離(li)以及繞(rao)組每(mei)層(ceng)膠(jiao)帶(dai)數量是(shi)否(fou)絕緣強度。

2. 光(guang)耦(ou)合器:

組件本(ben)身的距離(li)需(xu)安規(gui)的要(yao)求(qiu), layout 時零件下方(fang)不可有(you)Trace 避免(mian)距離(li)不足(zu)的(de)問題。

3. Y-Cap:

本(ben)身的特是(shi)頻低(di)阻(zu)抗(kang)的組件,當(dang)共模(mo)雷擊(ji)測試(shi)時(shi),能量會通過Y-Cap所(suo)擺放(fang)的路(lu)徑, 因此layout 布(bu)局時半(ban)導體組件（PWM IC , TL431, OP…） GND trace 應(ying)避開(kai)Y Cap 雷擊能量泄(xie)放(fang)路(lu)徑, 以(yi)避免(mian)成(cheng)零件的(de)損壞

差(cha)模(mo)的雷擊(ji)對策(ce): （Differential）

雷擊能量流經的路(lu)徑主要在(zai)橋(qiao)式整流(liu)器前的L 和N 回(hui)路(lu), 主要對策(ce)如下: Varistor（MOV）或 Spark Gap（雷(lei)擊管(guan)）吸(xi)收(shou)等(deng)組件吸(xi)收(shou)並(bing)抑(yi)制能量流入power supply 內(nei)部(bu)。

1. Thermistor （NTC） :串(chuan)接(jie)於(yu)L or N 的(de)路(lu)徑上(shang),會增加(jia)回(hui)路(lu)的阻抗(kang)值(zhi),進而(er)降低(di)進(jin)入Power supply 的(de)電流能量。

2.MOV（Metal Oxide Varistor ） :金屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)或(huo)突(tu)波(bo)吸(xi)收(shou)器, 使(shi)用(yong)上(shang)並聯於L 和(he)N 上(shang),組件本(ben)身為個阻(zu)抗的組件,在(zai)般(ban)的情(qing)形下並不會有(you)損耗產(chan)生(sheng),只(zhi)有稍(shao)許的漏電流,當(dang)瞬間的(de)雷擊電位進(jin)入(ru)電源(yuan)輸入端(duan)且過MOV 的崩潰(kui)電壓(ya),此(ci)時產(chan)生(sheng)抑(yi)制電壓(ya)的(de)動作(zuo),而(er)讓瞬間上(shang)升電流流(liu)經(jing)MOV 本(ben)身進行(xing)能量吸(xi)收(shou),降低(di)雷(lei)擊的(de)能量進入Power Supply 本(ben)身。

3. Spark Gap or Gas Discharge Tube : 使(shi)用(yong)上(shang)並聯於Common Choke 同(tong)次(ci)側(ce)的(de)兩(liang)端(duan),針(zhen)對雷擊所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)動作(zuo)保護(hu)原理(li)當(dang)瞬間的(de)電位在(zai)Common Choke 兩(liang)端(duan)過其(qi)額定(ding)的電壓(ya)時(shi)會激發(fa)惰(duo)氣(qi)體, 此(ci)時Spark Gap 會(hui)產(chan)生(sheng)電弧(hu)放電,將突(tu)波(bo)的能量抑制下來,不讓大量(liang)的(de)能量進入Power Supply ,

4. 在layout 上(shang)規(gui)劃出(chu)鋸齒狀的(de)銅(tong)箔形式,兩(liang)端(duan)距離(li)約1mm,當(dang)Common Choke 兩(liang)端(duan)的(de)壓(ya)差(cha)太大時(shi),產(chan)生(sheng)放(fang)電的現(xian)象(xiang),將(jiang)能量進而(er)宣泄(xie)。

除了(le)上(shang)述(shu)設(she)計(ji)上(shang)所(suo)應註意的地(di)方(fang)之外(wai), Layout 上(shang)如何(he)達(da)到對電擊的(de)防制亦是(shi)重要(yao)環

1. 地(di)線（Ground）的(de)處(chu)理,如(ru)圖(tu)五(wu)所(suo)示,

A. 次(ci)側(ce)的(de)部分(fen),Ground 的layout 順(shun)序大(da)電容(rong)的(de)Ground ->??Current -> sensor ->??Y-Cap??次(ci)側(ce)變(bian)壓(ya)器輔助(zhu)繞(rao)組Vcc 電容(rong)的(de)Ground ->??PWM IC 外(wai)圍(wei)
組件的(de)ground ->??PWM IC 的(de)ground 。

B. 二次(ci)側(ce)的(de)部分(fen):1. TL431 的地(di)接至(zhi)第(di)二(er)輸出電容(rong)的(de)地(di)。

C. 二次(ci)側(ce)Y-cap 的(de)出腳(jiao)接至(zhi)二次(ci)側(ce)變(bian)壓(ya)器的ground 。

圖(tu)五(wu)

2. 正端(duan)壓(ya)部(bu)分(fen)的處(chu)理, 如(ru)圖(tu)六所(suo)示。

圖(tu)六

A. L,N 兩(liang)線距離(li)2.5mm以上(shang)及與(yu)E 的(de)距離(li)在4mm以上(shang)。
B. 壓(ya)的(de)銅箔與(yu)低(di)壓(ya)的(de)銅箔距離(li)在1.5mm以上(shang)。
C. 、二次(ci)側(ce)的(de)距離(li)在6mm以上(shang)。

4. PWM IC layout 的註意事項 ,因PWM IC 相(xiang)較(jiao)於其(qi)它的(de)組件而(er)言(yan)是(shi)屬(shu)於(yu)比較(jiao)脆弱(ruo)且易(yi)損傷的(de)組件, ,舉例筆(bi)者(zhe)所(suo)任職通嘉科(ke)技（Leadtrend Technology Corp.）的PWM IC LD7576 產(chan)品做個說(shuo)明（客(ke)戶power board 實(shi)測可通過6KV surge）,在般(ban)的PWM IC 都(dou)會(hui)定(ding)義(yi)每(mei)支(zhi)腳(jiao)位所(suo)能承(cheng)受的(de)zui大電位及(ji)負(fu)向(xiang)電壓(ya)如(ru)圖(tu)七(qi)所(suo)示,所(suo)以開始layout 其(qi)組件的(de)擺置(zhi)相(xiang)形重要(yao)。

1. Vcc 的電解電容(rong)及(ji)陶瓷電容(rong)。
2. Cs pin 的(de)陶瓷電容(rong)。
3. CT pin 的(de)陶瓷電容(rong)。
4. COMP pin 的(de)陶瓷電容(rong)。

以(yi)上(shang)電容(rong)都(dou)要(yao)盡量要(yao)靠近(jin)IC,以防止瞬間電壓(ya)進(jin)入PWM IC（尤其(qi)是(shi)負電壓(ya)）。再(zai)來就(jiu)Ground 的處(chu)理, 先(xian)將PWM IC 之 CT / CS / COMP GND 接(jie)在(zai)起(qi)後(hou),單(dan)點(dian)進(jin)入IC GND,再接至Vcc 電解/陶瓷電容(rong)的(de)Ground zui後(hou)再(zai)接(jie)至(zhi)輔助(zhu)繞(rao)組的Ground。

Absolute Maximum Ratings
Supply Voltage VCC -0.3V~30V
High-Voltage at HV pin -0.3V~600V
COMP, CT, CS -0.3V~7V

對於layout ground 的部分(fen)用(yong)實例(li)來(lai)解釋(shi)如(ru)圖(tu)八所(suo)示, Ground 的layout 準則(ze)

1. Current sense 電阻直(zhi)接(jie)回(hui)到大電容(rong)的(de)地(di)。
2. 由大(da)電容(rong)的(de)地(di)先到變(bian)壓(ya)器的地(di)再到輔助(zhu)繞(rao)組 Vcc 電解電容(rong)的(de)地(di)。
3. 由輔(fu)助(zhu)繞(rao)組 Vcc 電解電容(rong)再(zai)分(fen)出去(qu)給(gei)光耦(ou)合器的地(di)及IC 外(wai)圍(wei)陶瓷電容(rong)的(de)地(di),zui後(hou)接(jie)到PWM IC 的地(di)。

撰(zhuan)寫本(ben)文(wen)的(de)目的是(shi)將筆(bi)者(zhe)這(zhe)幾(ji)年在(zai)設(she)計(ji)電源(yuan)供應(ying)器上(shang)針(zhen)對雷擊防制上(shang)的經驗(yan)上(shang)做個匯(hui)整能夠對目前正從(cong)事(shi)於(yu)Power Supply 設(she)計(ji)的専(専)業(ye)人(ren)員(yuan)有(you)些幫(bang)助(zhu)。

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