来源：电子产品世界 作者：英飞凌科技(亚太)有限公司 luo junyang、kok siu kam、he yi

    摘要： 雷电冲击是造成过应力最普遍的原因。一些消费电子设备，例如机顶盒和dvd播放器，通常都会含有调谐接收器。当交流电源线或者天线受到雷击时，雷电冲击就会通过这些通路在设备内部产生过电压或者过电流现象。本文向开关电源(smps)电路的设计者提供一些建议，指导如何恰当地设计smps以避免由雷击造成的故障或者破坏。

    关键词： 雷电冲击；smps；变压器

    引言

    消费电子产品制造商在产品量产之前，通常都对产品进行雷击试验，以确保设备不会在工作时被雷击中断工作甚至损坏。本文向开关电源(smps)电路的设计者提供一些建议，指导如何恰当地设计smps以避免由雷击造成的故障或者破坏。

    雷电冲击试验标准概述

    欧洲标准iec61000-4-5和日本标准jec210/212是目前两种主要的雷电冲击试验标准。表1显示了两种标准之间的差别。

    图1显示了雷击试验的电流波形。对于一个8~20ms的波形，t1 = 8ms、t2 = 20ms。通常，试验中冲击电压的范围从±2kv到±16kv，步长为±2kv，施加在电源线之间或一条电源线与被测设备(eut)机架的地之间，即l-n、l-g和n-g。冲击的功率直接加载到eut中的smps 上，因此必须保证smps不会被毁坏，并且在冲击电压被施加后还能正常工作。在1990年代初iec61000-4-5标准出现以前，大多数设备制造商使用的都是jec210/212标准。之后，iec61000-4-5标准得到了广泛应用。

    试验环境

    图2显示了雷电冲击试验的测试环境。使用带有外部smps适配器的lcd tv作为eut。雷电冲击发生器是一个能产生特定波形的理想电压源，它有一个固定的输出阻抗，参见表1。交流电源通过隔离变压器对smps适配器供电，对于差模冲击试验，冲击电压施加在smps适配器的交流电源线之间，而对于共模冲击试验，则施加在一条交流电源线和机顶盒调谐器的输入插座上的地连接之间。在每个电压步长(2kv-16kv)和每种极性上，分别进行5次试验。

    雷击电压对ic的干扰

    图3显示了一个进行雷击试验的电路实例。此电路由一个带有coolset-f3 pwm控制器的反向转换器构成。冲击信号施加在零线和地平面之间。图中显示了可能的冲击电流通路，t1、t2和t3 。i1 是通过位于零线和地之间的y型电容cy1的电流。通常i1 在桥式整流器前就被限制，因此pwm ic无法检测。i2 是通过emi电容c4的电流，i3 是从变压器次级线圈的地到初级线圈的地之间的电流。如图所示，i2 和i3 可能会对ic gnd产生潜在的影响，具体取决于pcb的设计。如果ic有引脚直接连到储能电容正极的高电压上，则i4也会对ic产生影响。

    假设z是粉红色的pcb引线的阻抗，则ic引脚1(softs)和引脚8(gnd)之间的电压为：

    vsofts_gnd=vc7+z·(i2+i3) (1)

    其中，vc7 是软启动电容c7两端的电压。在雷击发生时，它能够被当作一个固定的电压。由公式(1)可以看出，ic检测到由i2 和i3引起的噪声电压。在fb到gnd、vcc到gnd和isense到gnd这些ic的引脚电压上，也出现了同样的情况。如果噪声电压过高，ic可能会进入像保护模式这样的错误状态，甚至被损坏。

    针对雷电冲击试验的smps设计考虑

    pcb的主要地线设计。ic引脚是否会检测到噪声信号，与pcb的设计密切相关。因此pcb设计的方针就是将i2 和i3分流到不会被ic检测到的其它路径上。建议对下列地线使用“星形”连接，它们是小信号ic 地线；大电流cs地线；输入桥式整流器地线；mosfet散热器地线；y电容地线(如果y电容被连接在变压器初级线圈地线和次级线圈地线之间)；变压器辅助绕组地线。如图4所示，这些地线被分开连接，并在储能电容的负极相连。

    使用图4中所示的适当的星形连接后，i2和i3将不再通过绿色的pcb引线，因此ic引脚