【经验】槟城电子GDT BXD3000SA03M解决安规耐压和浪涌问题,残压始终小于2000V

2021-07-06 槟城电子
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根据安规的相关要求,金属外壳的设备对地耐压需要满足2*UC+1000V的耐压要求,在一些特定的应用场景,雷击要求满足4KV或6KV,基于这样的一个矛盾,许多工程师只有提高电源内各种器件的耐压水平来解决这个问题。

 

问题描述

某客户的产品为LED驱动电源,方案设计完成,初步方案如下图:

图一 客户原防护方案电路图

通过初步测试,方案能满足耐压要求,但不能满足雷击(4KV)要求。耐压能满足AC1500V要求。雷击残压高于2.5KV,超出了后级的设计余量,所以不能满足要求。通过实际测试,雷击后,产品失效。

 

整改过程

如前言所述,根据UL60950的标准条款及照明灯具的浪涌要求,在实际应用场景(如LED驱动电源、网通类产品)中,雷击上要求满足6KV的测试要求,而交流输入端口要满足AC1500V或以上的耐压要求,无奈之下只能选择3000V~4000V的高压放电管来解决这个问题,当选择了这类放电管,则盲区是很大的。也就是说,在浪涌达到4KV的时候,由于放电管的电压相对较高,有存在不动作的概率。这时,后级器件相对耐压能力就要提升到4KV或者以上。


综上,在常规方案中,原方案是以牺牲雷击残压来满足耐压的要求,即提高后级抗雷击能力(微秒级过电压)来满足工频耐压要求。正因为这种牺牲,才导致测试不能通过。所以我们先从调整器件参数着手,来寻找解决这个问题的方法。

 

1、优化方案

我们通过放电管并联10M电阻,让放电管及压敏能形成一定的分压比例,从而达到降低放电管电压的目的,调整后的方案图如下:

图二 调整后的电路图

通过测试,残压有较大幅度的下降,但还是不能满足要求,残压还是会超过要求。

残压波形图:

测试数据:

2、失效分析

采用放电管并电阻与压敏形成的分压方式虽然降低了放电管的直流开启电压,压敏电阻选择了560V的压敏,由于要满足AC1500V,其峰值电压为1500X1.414=2121V,故压敏与放电管并联电阻的总体耐压要满足2121V的电压水平,减去压敏承受的560V,放电管需要承受1561V的交流电压,所以,放电管的直流开启电压按照20%的范围,中心值为1561÷0.8=1951V。放电管的电压为2000V±20%。而残压要求小于2500V,则要求放电管在4KV的浪涌条件下,残压与直流开启电压的比值(残压比)为1.25,要求甚高。对于放电管的生产要求也较高。


3、创新方案

常规思路方案不能解决问题,必须通过新思路来解决问题。众所周知,分压有两种方式,第一种是我们上面方案用到的电阻分压方式。第二种是电容分压方式,而电容分压方式的优势是能够区分高频与低频信号,也就是说,在交流下,放电管不直接参与分压,由压敏和电容进行分压,而工频为低频,所以大部分阻抗在电容两端,此时交流耐压基本为电容抗。而在浪涌下(相对交流为高频),电容为低阻,浪涌电压在压敏两端分布较大,促使防护电路快速动作。通过放电管、容性触发电路的参数配合,残压能做到小于2000V的优势。以下是整改后的方案图:

图三  二次整改后电路图

4、新方案测试结果:

残压波形图

测试数据:

 


通过以上整改,采用槟城电子 GDT BXD3000SA03M这个器件,在耐压上能满足AC2000V,雷击残压测试40次后残压依旧保持在小于2000V的水平,相对电阻分压的方案有较大的余量。

现场测试图:


经验总结

1、常规方案采用B5G3000,单纯提高放电管的动作电压,解决了耐压要求,但不能解决残压问题;

2、采用电阻分压方式,只能提高耐压,通过这种方式,可以适当调整放电管的直流开启电压,但是残压依旧较高。

3、采用槟城电子 GDT BXD3000SA03M,通过容性分压,区分高低频,可以有效的降低残压水平,而且工频耐压也有较好的提升。


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  • gshen Lv8. 研究员 10:23:48
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  • zwjiang Lv8. 研究员 2021-07-20
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  • titan Lv8. 研究员 2021-07-16
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