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电源模块如何设计防浪涌电路?

由于电源模块的应用越来越广泛和复杂,电源模块的输入端经常伴随着浪涌冲击。如果浪涌电压超过模块所能承受的浪涌电压,模块就会损坏失效,导致系统异常。为了保证系统的可靠性,如何设计电源的前端防浪涌电路?

浪涌电压源

1.雷击时,通信电路会产生电压或电流的浪涌;

2.在系统应用中,负载切换和短路故障也会引起浪涌;

3.其它设备频繁切换造成的高频浪涌电压。

据一些权威机构统计,一年中浪涌电压超过施加电压一倍以上的次数高达800次,超过1000V电压的次数超过300次。这是相当大的数据量,平均一天有两次,所以电涌保护电路是必不可少的。

电源为什么需要浪涌保护电路

电源模块是系统与外部触点、接口,外部浪涌全部通过电源模块,所以需要有浪涌保护电路。

由于功率模块体积小、集成度高,内部控制芯片、晶体管等器件的最大承受电压和最大电流相对有限。浪涌电压可能会损坏模块,导致整个系统瘫痪。即使电源模块没有立即损坏,对设备的应力影响也会影响设备的使用寿命和可靠性。

因此,为了保证电源模块的连续可靠性,有必要保证电源模块的可靠性,一般都要求应用电涌保护电路。电源模块受其体积小的限制,很多模块不能添加防浪涌电路,所以有必要在模块外添加防浪涌电路。

浪涌试验标准

电源模块浪涌测试标准参照iec61000-4-5,本标准适用于电气和电子设备在规定的工作条件下,对开关或雷电作用产生的具有一定危险水平的浪涌电压的响应。该标准不测试绝缘耐受高压的能力,也不考虑直接雷击。

浪涌保护电路

由于功率模块体积小,需要增加电涌保护电路,以提高系统的EMC性能和产品的可靠性。如图2所示,为了提高输入级的浪涌保护能力,外围增加了压敏电阻和TVS管。然而,图中的电路(a)和(b)原本的目的是实现两级保护,但可能适得其反。如果(a)内的Mov2电压电流容量低于Mov1,则当受到强干扰时,Mov2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。类似地,电路(b),因为电视的响应速度比MOV快,MOV不工作和电视过早失败是经常的。因此,正确的连接方式通常是如图(c)和(d)所示,在两个MOVs或MOV和TVs之间连接一个电感器。

如图3所示,可以在MOV和TVS之间添加一个电阻,以防止TVS导频被损坏,但MOV还不能起作用。在选择R时,首先要考虑R的功耗,避免对R造成损害。同时,电容器可以并联吸收能量,提高浪涌电阻。MOV和TVS的选择非常重要,选择合适的最大允许电压和最大流量也很重要。有必要参考电源模块的输入电压和浪涌测试电平。如果选择的电压小,则后端电源不正常,而选择的大则不能起到保护作用,而且如果流量小则容易损坏设备。