电子设备电源电磁兼容浪涌抗扰度测试探讨

摘 要：

通过电源内部铝电解电容失效分析，提出浪涌测试不能仅按国标要求测试是否合格、还需评估浪涌回路上各器件的电压应力、电流应力是否超额。对于浪涌设计常有两种方案，一是采用熔断电阻器(保险丝电阻)、二是采用电压钳位器件(浪涌保护器、压敏电阻等)。在国内使用，常用的压敏电压规格有 470V 与560V，通过压敏电阻关键参数对比及电源后级器件残压比较，结果表明，高通流量可提高浪涌等级、使用低压敏电压(470V)的压敏电阻能有效抑制浪涌、降低后级器件的浪涌电压。

0引言

浪涌是电源的一个关键指标，特别是夏天雷雨多发季节，电网有感应雷产生的浪涌电压，影响电源的可靠运行。国标 GB/T17626.5 规定的浪涌实验可以模拟电力系统开关瞬态及雷电瞬态产生的浪涌骚扰，这对电源浪涌性能评测及设计有重要指导意义。那么除了按国标要求评测外还需要关注哪些细节？下文从浪涌指标测试及设计两方面进行分析。

1浪涌评测误区

1.1 案例背景

某笔记本电脑电源投入市场不到一年、售后表现不佳，在夏季集中出现无输出故障，将不良品收集分析，不良器件集中在高压电解电容(100uF/400V)顶部防爆阀鼓爆、漏液。电容不良原因将分 3 类讨论，一是电容自身是否不良，二是客户使用环境是否超电压、温度，三是电源浪涌设计是否合理。

1.2 电容自身是否有异常

首先从不良电容内部工艺角度进行排查、其次排查铝箔及电解液。电容内部工艺结构是否有异常:将不良电解电容解剖,分析各个部位是否存在异常。⑴卷芯本体,外层固定胶带熔化,如图1所示;说明电芯高温后、胶带熔化。

图1电容卷芯图
(⑵卷芯底部,卷绕良好,无异常,如图2所示。

小结:电解电容内部工艺正常;在电容工作过程中有高温导致电解质颜色变深、卷芯胶带熔化﹔高温产生原因需进一步确认。

1.3 电源应用环境调查

通过售后走访、客户只损坏此电源，接在同一排插的其他设备均未损坏，排除电路误接三相电网变 380V的可能。同时电源在室内使用，环境温度在电源指标范围内。

1.4 电源浪涌测试

进一步测试浪涌是否会损坏电源。取同一批次 5 个电源(1~5#)，按 GB/T 17626.5 浪涌(冲击)抗扰度试验的方法，在市电 0°、90°、180°、270°四个相位以表 1 所示中的实验电压各打 10 次浪涌。按国标方法测试，这款电压能达到浪涌 4kV等级。

1.5 浪涌等级理论分析

浪涌测试4kV未损坏,那么电容损坏是否真的和浪涌无关?电源电路原理如图9所示,电源输入端未使用钳位器件,虽然浪涌测试4kV未损坏,那么他的设计能达到多少kV?进一步验证,打浪涌2kV时,电容两端电压峰值491V、平台电压417V,波形如图10所示。

那么400V的电解电容能扛多高的浪涌电压，这和电容铝箔耐压有密切关系,查阅《GB/T 5993电子设备用固定电容器第4部分:分规范固体和非固体电解质铝电容器》其中规定对大于315额定电压的电容器浪涌电压为额定电压或类别电压的1.10倍,那么额定400V耐压的电容国标规定浪涌电压是440V。同时查阅电解电容规格书,浪涌电压是450V,如图11所示。

显然电源浪涌2kV时,电容上的实测浪涌电压已超电容规格书。固此电源虽然浪涌4kV测试未损坏、但是设计还达不到2kV要求,反复承受超额浪涌电压有鼓爆风险。下面进—步用实验验证风险。取库存电源(6~7#)做浪涌4kV测试,按国标要求在0°、90°、180°、270°4相位各打10次记1轮。两个电源分别在测试第4轮、第5轮时损坏,解剖如图12所示,电解电容Cl鼓包漏液、与市场不良品现象一致。

电源浪涌等级评估并非按国标要求测试未损坏即可；需要分析电路原理图、评估浪涌主回路上元器件的电压应力及电流应力要在规格范围内。

2浪涌设计误区

电源适配器，常用两种防止浪涌方案：一是使用熔断电阻器、二是使用电压钳位器件。

2.1 采用熔断电阻器方案

在浪涌指标不高于 1KV 的小功率电源中，由于满载工作时市电端的电流小，常用熔断电阻器(线绕易熔电阻)替代保险丝，其阻值可用 5Ω甚至更大，达到电源防浪涌目的。

此方案对熔断电阻器的选用有两个要点：抗浪涌等级低、在浪涌测试时电阻会熔断开路；抗浪涌等级太高侧无法起到有效保护作用、浪涌极限测试时有火花、燃

爆风险。固熔断电阻器的阻值及抗浪涌等级需适中、并非抗浪涌等级越高越好。

2.2 采用电压钳位器件方案

这是比较常见的方案，使用浪涌放电管及压敏电阻均能抑制电源端口处的浪涌电压。其中压敏电阻更为常用，它在一定的温度下电导值随电压的增加而急速增大，下文针对压敏电阻选用进行分析。

2.2.1 方案选择误区

在国内市电 220V 环境下使用、常用的有 10D471(压敏电压 470V)和 10D561(压敏电压 560V)两款压敏电阻，有的工程师为了提高电源的抗浪涌电压，会选 560V 的压敏电阻，那么是否果真如此？我们用松下两款压敏电阻的指标进行对比。

2.2.2 压敏电阻关键指标及选型分析

压敏电压：压敏电阻通过 1mA 直流电流时的电压。此电压越大、钳位电压也越大。

钳位电压：压敏电阻施加规定的 8/20us 波冲击电流时，压敏电阻上的电压。此电压越大、后级电路需要承受越高的残压。

通流量 (最大冲击电流)：指压敏电阻能承受的8/20us 波的最大冲击电流峰值。压敏电阻的直径越大、通流量也越大。

所以，相同的防浪涌电路、要提高浪涌等级，需要采用流通量大的压敏电阻、而不是高压敏电压的规格。采用高压敏电压的压敏电阻，会导致后级电路承受高的残压、残压超过桥堆、电解电容的浪涌电压，则有失效风险。

2.2.3 不同压敏电压的残压对比

取9V/2.5A带压敏电阻MOV1的电源，原理图如图13所示，浪涌实验时测压敏电阻两端残压及后级电解电容C1上电压,为了便于对比,浪涌测试相位统一取90°。

浪涌测试时，同时记录峰值与平台电压如图14所示,浪涌对比数据如表3所示。
表3压敏电压470V与560V的对比

2.2.4 小结

显然，使用 10D471(压敏电压 470V)的压敏电阻比10D561(压敏电压 560V)，更能有效抑制浪涌骚扰，后级电解电容的浪涌电压也更低。

3结束语

评测浪涌性能，按国标要求做测试的同时，需要结合电路原理图分析浪涌电流通道上元器件的浪涌电压是否超标。对于压敏电阻的选用，要提高浪涌指标需采用通流量(最大冲击电流)高的规格；压敏电压选用 560V 会导致后级器件承受浪涌电压变高，在国内使用建议压敏电压选用 470V、可有效抑制电源后级器件的浪涌电压。

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