手把手教你小功率无压敏开关电源系统的浪涌设计测试工作

geren2014

在我们很多工业及消费类电子产品应用中，使用开关电源系统供电可以减小体积，对于电源的输出负载主要是继电器及MCU等简单的控制系统，追求小体积电源系统简单可靠在应用中越来越广泛。特别是物联网产品的应用，同时开关电源供电系统的集成度已非常高，好的设计和选择非常重要。为了做到应用时应对系统EMC的要求提供我前期的工作设计案例，该设计方案体积和成本要求严格，输入交流前端的压敏电阻要求去掉能通过＞2KV的差模浪涌设计最好能通过2．5KV的测试要求，分享给电子设计爱好者参考。

1．小功率电源系统LNK564P的设计原理图

2．小功率系统LNK564P方案在L，N之间施加差模浪涌测试时在芯片上的耐压关系

加在芯片VDS上的电压≈VO≈V1（电容两端的浪涌电压）

3．小功率开关电源系统LNK564P测试的浪涌电压等效路径图如下：

RF1＝保险丝／保险丝电阻／NTC等的额定电阻值；

RL1＝电路中的差模／共模电感的直流电阻阻值；

CRES＝电解电容的RES在1KHZ－100KHZ的最大内阻值；

RL＝变压器的原边电感的直流电阻阻值；

VO≈V1≈加载在芯片VDS两端的最大电压值。

4．浪涌的测试原理及波形

5．浪涌的实际波形图－即其浪涌的频谱范围是6．3KHZ－265KHZ。

6．小功率电源LNK564PN电路中器件参数用LCR测试仪的实际测试数据如下：

（1K－100KHZ频率测试）

注明：保险丝选择5A／250V ；10UF／400V电解电容为CD263－150℃

7．输出VO值的理论计算值

VO＝SurgeU1×CRes／（CRes＋2＋RF1＋RL1）

①当系统L，N之间加2KV差模浪涌

VO＝2000×6／（6＋2＋13）＝572V

②当系统L，N之间加2．5KV差模浪涌

VO＝2500×6／（6＋2＋13）＝714．3V

③当系统L，N之间加2．45KV差模浪涌

VO＝2450×6／（6＋2＋13）＝700V

8．结论

在上述的实际器件参数和应用原理图设计时。系统是可以通过2KV的差模浪涌测试的。当系统的L，N之间的浪涌电压大于等于2400V的差模浪涌时系统会随时出现芯片损坏的现象（VO的电压达到芯片的耐压700V的极限）。

9．实际的测试数据情况

A．随机测试10pcs－LNK564P芯片都通过L，N之间差模2KV的浪涌测试

B．将浪涌电压提高到L，N之间差模2．3KV通过浪涌测试。

C．将其中一个LNK564P的芯片L，N之间差模提高到2．4KV也通过了浪涌测试。

从测试结果来看理论计算和实际测试基本还是比较吻合的。

在实际使用时测试2．5KV有出现损坏的情况。（由此对系统进行了设计分析）

理论和实际情况如下：

在实际器件参数和应用原理图设计。系统是可以通过2KV的差模浪涌测试的。

当系统的L，N之间的浪涌电压大于等于2400V的差模浪涌时系统会随时出现芯片损坏的现象（VO的电压达到芯片的耐压700V的极限）。

10．将电路中的电感L1＝2．2mH更改为3．3mH的电感的实际计算情况如下：

输出VO值的理论计算值

VO＝SurgeU1×CRes／（CRes＋2＋RF1＋RL1）

①当系统L，N之间加2KV差模浪涌

VO＝2000×6／（6＋2＋25）＝364V

②当系统L，N之间加2．5KV差模浪涌

VO＝2500×6／（6＋2＋25）＝455V

③当系统L，N之间加3KV差模浪涌

VO＝3000×6／（6＋2＋25）＝546V

结论：

从上面理论的计算结果说明：

如果将电感更换为3．3mH时提高L，N之间的浪涌电压时所加在LNK564P的浪涌电压不会超过芯片的最高承受电压。可减少芯片在浪涌电压时的故障率。在实际运用时可选择3．3mH的相同2．2mH电流的电感进行替换，可以增加系统抗浪涌的能力。