高可靠性的電源浪湧保護電路設計及其應用

科技創新給我們的生活帶來了很大的變革， 智慧家居的理念以及市場中現有的智慧家居產品， 都提倡的在提高生活水準的同時， 解放雙手。 市場中各類家用電器設備的增加， 也增加了電源設備的工作負荷， 對電源設備的電路保護提出了更高的要求。 本篇碩凱電子FAE工程師將為大家詳細分析高可靠性的電源浪湧保護電路設計及其應用。

浪湧保護主要是保護電子設備免受雷電電湧的危害,也兼而使電子設備免受大部分操作電湧的危害。

電湧是指瞬態電衝擊,包括電湧衝擊、電流衝擊和功率衝擊。

此處所謂瞬態是指持續時間大大低於工頻週期的瞬變過程。 對地閃擊的雷電流波形的特點是上升時間極短的單極性波。 典型操作電湧波形是疊加在工頻波形上的幾百Hz到上百kHz的振盪波,整個持續時間不過幾個工頻週期。 雷電和操作電湧的峰值與很多因素有關， 出現在建築物內的電湧從近kV到幾十kV ,如不加以限制會損壞電子設備。

電子設備遭受雷害會引起電子設備的誤動;電源設備和貴重的電腦及各種硬體設備的損壞,造成直接經濟損失還可能在微電子晶片中留下潛伏性的隱患,使電子設備運行不穩定和加速老化給有關系統的工作造成無窮的麻煩。

浪湧保護器SurgeProtec2tion Device ,SPD 通過泄放浪湧電流、限制浪湧電壓來保護電子設備。

泄放雷電流、限制浪湧電壓這兩個作用都是由其非線性元件(一個非線性電阻或是一個開關元件)完成的。 在被保護電路正常工作,瞬態電湧未到來以前,此元件呈現極高的電阻,將浪湧電流旁路,並將被保護設備兩端的電壓限制在較低的水準。 到電湧結束該非線性元件又迅速、自動地恢復為極高電阻。 如果這個動作與恢復的過程能迅速而順利地完成被保護設備和電路就不會遭受雷電或操作電湧的危害其工作也不會被中斷。

一般在設備的電源入口處都會設計由浪湧抑制器件（SPD）組成的保護電路， 抑制由電源埠侵入的浪湧電壓（電流）， 其基本的思想是線上路上設置一級（或多級）電壓限幅環節，

泄放浪湧電流， 從而達到防護的目的。 氣體放電管（GDT ）、金屬氧化物壓敏電阻 （MOV） 和電壓瞬變抑制二極體（TVS ）是在電源浪湧保護電路中經常採用的幾種電子器件。

選擇適當參數的 SPD 器件是設計浪湧防護電路的第一個步驟。 需要考慮的參數主要包括：擊穿電壓（保護電平）、通流能力、連續工作電壓、回應時間等。 電子保護器件選型的時候， 一定要遵循其選型的原則， 將參考值控制在允許的範圍內。 並不是高出參考值， 電路防護等級就會高， 適合的參數值才是****佳的電路防護方案。 同時參數值並不是選型的唯一標準， 還要根據產品所適用的產品封裝選擇貼片或者直插式的電子保護器件。

AC220V電源防護方案

1、此電源配置滿足IEC61000-4-5、GBT17626.5 等浪湧測試標準

2、在差模中， 採用鉗位性器件MOV， 回應時間快， 降低L和N線之間的浪湧電壓

3、在共模防護中， 採用MOV 和GDT 串聯到PCB 地或者設備外殼， 阻止MOV 的漏電流滿足安規要求

4、此電源配置可通過1.2/50-8/20μS 組合波差模、共模6.0KV 浪湧測試

注：在有結緣等級耐壓測試AC1500V 要求時， GDT 建議換成DC3500V電壓

-DC48V基站電源防護方案

1．此方案後級採用反應時間很快， 殘壓較低的MOV

2．前級採用通流量大， 斷續流能力強， 殘壓低的貼片GDT1

3．中間用6μH~10μH電感L1， L2做退耦， 驅動GDT1泄放大電流

4．此電源配置滿足I EC61000-4- 5、GBT17626. 5等浪湧測試標準

DC12V電源防護方案

1．此方案後級採用反應時間很快， 殘壓較低的T VS

2．前級採用通流量大， 體積小， 無續流能力的貼片GDT

3．中間用電感L1， L2做退耦， 驅動GDT泄放大電流

4．此電源配置滿足I EC61000-4- 5、GBT17626. 5等浪湧測試標準

5．此電源配置可通過1. 2/ 50-8/ 20μS組合波浪湧測試

AC24V電源防護方案

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