雷击实验配置、差模及共模干扰路径分析和设计原则分享
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。
雷击标准
iec61000-4-5为常用的雷击测试标准，其定义及实验规程如下：
一般情况下，在交流线路上施加±1kv~±6kv的浪涌电压。试验源为测试设备（eut）的交流线路和系统外壳的接地点。测试过程中，eut直接暴露在浪涌能量下，必须完好无损，雷击测试完成后，还能继续正常工作。
雷击实验的配置
图3 差模雷击配置示意图
图4 共模雷击配置示意图
雷击发生器内部有2个模块，分别是解耦网络和耦合网络。解耦网络的作用是将耦合网络施加到eut相线上的雷击能量与供电的相线隔离开。耦合网络的作用是通过耦合电容将理想的雷击发生波施加到eut的相线上。
如图3所示：差模雷击的耦合能量在eut的相线l和n之间传递。而通过图4可以发现共模雷击的耦合能量在eut的相线l（n）和pe之间传递。
差模干扰路径分析及设计原则
路径分析
图5 差模雷击电流示意图
由于不同的实际电路配置会对系统差模雷击分析产生不同影响，因此，我们通过上图电路对差模雷击的影响做一个简要的分析。
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。
设计原则
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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实验结果
基于pn8390的12v1.5a适配器，4kv（90°）差模雷击测试如下图所示：
图6 4kv差模雷击测试波形图
由测试波形可见：ec1最高电压756v，ec2最高电压556v，pn8390最高电压779v。因此，为提高电源适配器的抗差模雷击能力，除合理选择mov和ntc电阻外，应选择高铝箔电压电解电容和高雪崩耐量功率mosfet。
共模干扰路径分析及设计原则
路径分析
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。
设计原则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。
实验结果基于pn8309h的12v3a适配器6.6kv共模雷击测试如下图所示：
图8 6.6kv共模雷击测试波形图
由测试波形可见，pn8309h的sw、vin、vcc电压分别为161v、25v、19v。因此，为提高电源适配器的抗共模雷击能力，除合理layout和增加滤波电容外，优先选用双供电及集成高雪崩耐量mosfet的同步整流芯片。结束语
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。
原文标题：【干货】电源适配器雷击设计宝典
文章出处：【微信公众号：芯朋微电子】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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如图3所示：差模雷击的耦合能量在eut的相线l和n之间传递。而通过图4可以发现共模雷击的耦合能量在eut的相线l（n）和pe之间传递。
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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；
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