【干货】电源适配器雷击设计宝典
雷击是常见的物理现象，也是电源适配器最主要的电压应力来源。如果防护不当会造成电源损坏或重启，从而影响电子设备正常工作，因此电源适配器需满足安规标准定义的雷击电压等级要求。
本期芯朋微技术团队将为大家分享雷击标准、雷击实验配置、差模及共模干扰路径分析和设计原则。
图1 IEC61000-4-5雷击测试开路电压波形
图2 IEC61000-4-5雷击测试短路电流波形
IEC 61000-4-5实验规程
图3 差模雷击配置示意图
图4 共模雷击配置示意图
差模雷击能量通过耦合网络，输入EUT的相线L和N，保险丝F1，和压敏MOV1形成回路1，产生差模电流1；
差模雷击能量通过回路1衰减后，经热敏电阻RT1，整流桥，电解电容EC1形成回路2，产生差模电流2；
差模雷击能量通过回路1和2衰减后，经差模电感L1，电解电容EC2形成回路3，产生差模电流3。
MOV1的加入可以吸收差模电流1的能量，保护整流桥BD1和电解电容EC1和EC2。回路1相当于雷击浪涌能量的第1道防洪坝，由于该回路电流较大，PCB铜箔宽度建议0.5mm/kV;
高阻值的负温度系数热敏电阻RT1的加入可以分担差模电流2施加到EC1上的能量，保护整流桥BD1和电解电容EC1，回路2相当于第2道防洪坝；
输入差模电感的阻抗可以分担差模电流3施加到EC2上的能量，回路3相当于第3道防洪坝，由于EC2上存在几百伏的雷击能量残压，所以原边功率管建议采用高雪崩耐量功率MOSFET。
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图6 4kV差模雷击测试波形图
图7 雷击共模电流的流向图
共模雷击发生时两路主要的共模电流路径（以负电压为例）：
共模电流1：雷击能量施加到输出的地，通过输出共模电感→次级参考地→CY1→输入电解电容的正→整流桥→输入共模电感→L线或N线。
共模电流2：雷击能量施加到输出的地，通过输出共模电感→次级参考地→输出电解的正→变压器→辅助绕组的地→输入电解电容的负→整流桥→输入共模电感→L线或N线。
考虑共模电流路径因素，优化PCB布线：输入共模和Y电容增加放电针，原边控制器的地与变压器的地分别接到输入电解电容负极，同步整流芯片的地与Y电容的地分别接到输出电解电容负极；
为了防止共模电流干扰同步整流芯片，优先选用双供电同步整流芯片，如PN8309H，并在Vin脚串联10~22Ω电阻；
为了防止共模电流干扰原边主控芯片，应在Vdd供电回路串联电阻，将Vdd电解电容紧靠芯片引脚，并增加100nF去耦电容。
图8 6.6kV共模雷击测试波形图
电源抗雷击能力设计是困扰不少电源工程师的难题之一，最佳的设计原则是合理的PCB走线，加上更优的器件选型。一旦出现雷击失效，则需要从失效瞬态工作波形入手，结合原理分析和器件特性，找出根因并加以改善。
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