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小功率无压敏开关电源系统的浪涌设计及实际测试

导读: 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。

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。

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