电源模块外围布局疏忽导致EMS测试失败

保护电路主要还是取决于星空(中国)体育官方网站需要通过的测试等级,对于环境较好的一般应用,我们模块本身的保护基本就可以满足要求。

图1 电源端雷击浪涌测试图

但对于一些环境复杂的工业应用场合,诸如:电力行业、工业控制、轨道交通等行业,一般要求EMS等级都在4级水平。此时一般需要外加一级保护电路配合电源模块使用。推荐电路如下:

图2 典型外围应用图

上图典型应用应该很多工程师都很熟悉,在原理图设计时都不会有什么大问题。往往问题会出在PCB布局上,下面就来分享一个由于安全距离不够,导致浪涌共模测试失效的案例。

案例问题背景
  • 按上图典型应用设计外围电路,大致元器件参数如下:
  • MOV1 使用型号:471KD14;
  • Lcm使用25mH,UU9.8 类型共模电感;
  • X2 电容,Cx:0.1uF/275VAC;
  • Y1 电容,Cy1,Cy2:2200pF/400VAC;

根据理论分析,此电路可以顺利通过L/N对FG的2KV共模浪涌测试,但是在实际测试中发现经过5~10次测试后,电源模块出现损坏。

失效原因分析

经过分析得知电源原因为内部的压敏电阻损坏导致。进行共模浪涌测试时,出现L、N之间的压敏电阻损坏,此现象非常奇怪。后续经过多次测试,现象依然存在。所以可以排除器件差异及偶然因素导致。

下面我们就来分析一下,损坏压敏的能量传输路径。从原理设计上看是没有问题,另外一种情况就是耦合传导路径。经过观察分析,发现是由于电气间隙不够导致,测试浪涌时元器件放电导致模块损坏。具体见下图:

图3 原理图与实物图对比

从上图PCB可以看出,焊接金属保险丝底座后,导致两者之间的距离变小。从而在浪涌测试时,导致放电现象发生,最终损坏模块内部压敏电阻。如在N对FG打浪涌时,能量释放路径见下图:

图4 放电瞬间浪涌能量释放路径

根据分析结果,将两则之间的距离拉大后,顺利通过2KV、4KV等级的共模浪涌测试。本案例中的问题极难被发现,只有在平时设计时多注意交流侧布板安全距离问题,同时选用安全可靠的电源模块,才能节约调试与测试时间,最终得到满足设计要求的星空(中国)体育官方网站。

图5 高性能AC-DC电源模块