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浪涌实验炸机问题

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亚历山大Y|  楼主 | 2018-12-15 10:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
大牛们,
   有个问题要请教一下。我做一个12V/0.5A电流输出的AC-DC模块,带30毫安负载去做浪涌实验,出现炸机问题。
   电路结构:AC220V输入,经过绕线电阻(或飞线),再跨接压敏电阻在LN端,再经过整流桥,然后接4.7UF/450V电容。
现象如下:
1, 2号板,采用620V压敏(无绕线电阻,直接飞线代替绕线电阻),能通过4KV浪涌,在6KV浪涌时4.7UF/450V电容炸毁。
2, 3号板,采用20欧姆绕线电阻+压敏电阻,在4KV浪涌时绕线电阻炸毁。
3, 4号板,采用绕线20欧姆电阻(无压敏电阻),从1KV开始上升,在2500V时绕线电阻炸毁。
分析:在绕线电阻接入电路中后,绕线电阻承担了一部分压降,从而炸毁。
问题:1,绕线电阻是由于过热炸毁,还是过压炸毁呢? 2,电容式因为过压击穿还是过热炸毁?
      浪涌大概每分钟持续50微秒的样子,电压一下子非常高。由于绕线电阻有电感特性,而电感的电流不能瞬变,电容的电压不能瞬变,因此绕线电阻两端瞬间承受了非常高的电压,由P=UU/R,所以绕线电阻瞬间热量增加了很多倍。大概粗略估计,绕线电阻在浪涌的一瞬间,其基本承担了所有浪涌压降。由于瞬间功耗和电压的平方成正比,因此,估计功耗提升了400倍(按4K浪涌算)。
由以上,为了不使绕线电阻炸掉,是采用小电感量的绕线电阻,还是小电阻或者大封装的绕线电阻呢?
多谢!
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king5555 + 1 限流电阻或NTC。湧浪顾名思义是大量的突波电流。

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沙发
mohanwei| | 2018-12-15 18:12 | 只看该作者
要过这种测试,建议加共模电感。

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板凳
zyj9490| | 2018-12-15 19:19 | 只看该作者
要过浪涌,必须要选相应的MOV管和PTC管,响应时间和功率都有差异很大。

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地板
william008| | 2018-12-19 10:32 | 只看该作者
解决方案暂不谈,先谈谈你的分析。
1. 既然你说了“绕线电阻有电感特性,而电感的电流不能瞬变”,那么P=I×I×R也就没有瞬变,也就是热量没有瞬变,那么“绕线电阻瞬间热量增加了很多倍”这句话怎么成立呢?
2. 你对电压和电流的变化都是纯理论推导和猜测,为什么不用示波器看看波形?

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5
Lgz2006| | 2018-12-19 20:56 | 只看该作者
第一,620压敏似过高,建议470
第二,万不可加跳线,必须线绕功率电阻,20欧稍大
我知道这个试验的厉害,可惜没做过,不能更多指导

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参与人数 1威望 +5 收起 理由
king5555 + 5 我己经给出皆大欢喜的答案,谁都不得罪,这样我也放心了。
6
william008| | 2018-12-20 14:30 | 只看该作者
部分同意5楼的观点,
620压敏太高,用470的也可能仍然高。我做过的产品,用的是275V压敏电阻。
应该用跳线。浪涌电流进来,不经过电阻限流,直接用压敏电阻吸收能量和钳位。前提是压敏电阻能承受。我用过TVR10431KS-V ,手册上明确标称“Meet requirement of IEC 60950-1 for 6KV/3KA combination wave test”。整流桥后用的是400V电容,没有炸。

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william008 2018-12-20 14:36 回复TA
错了,710V钳位电压。好久不用都生疏了。 
william008 2018-12-20 14:33 回复TA
压敏电阻是275VAC工作电压,430V钳位电压。 
7
gx_huang| | 2018-12-20 14:42 | 只看该作者
共模电感是必须的,或者串普通功率电感也可以,加X/Y电容,这个总体成本还便宜。
如果要串电阻,电阻的耐压和瞬间功耗必须足够,可以选抗浪涌的电阻,这个很贵的。
最佳的,是X电容、共模电感、压敏电阻。有些场合,共模电感、X电容要多个串联并联,形成PI网络。

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8
william008| | 2018-12-20 17:16 | 只看该作者
gx_huang 发表于 2018-12-20 14:42
共模电感是必须的,或者串普通功率电感也可以,加X/Y电容,这个总体成本还便宜。
如果要串电阻,电阻的耐压 ...

浪涌电流的上升沿在几us这个数量级,也就是几百KHz这个数量级,X电容Y电容都太小,吸收不了多少能量。
共模电感不能抑制差模,差模浪涌还是要靠压敏电阻来吸收。
即使是PI网络,对EFT和CS有效,对Surge的抑制作用很有限

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亚历山大Y 2018-12-30 15:07 回复TA
同意! 
9
gx_huang| | 2018-12-21 10:12 | 只看该作者
william008 发表于 2018-12-20 17:16
浪涌电流的上升沿在几us这个数量级,也就是几百KHz这个数量级,X电容Y电容都太小,吸收不了多少能量。
共 ...

你这是经验还是理论?
X电容为何不能吸收浪涌?

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10
moqi816| | 2018-12-21 11:06 | 只看该作者
没有对机壳地的能量泄放通道吗

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11
william008| | 2018-12-21 14:01 | 只看该作者
gx_huang 发表于 2018-12-21 10:12
你这是经验还是理论?
X电容为何不能吸收浪涌?

单次浪涌的能量在几焦耳到几十焦耳的量级。
如果用0.47uF的X电容,充电到500V,消耗的能量=0.5*0.47u*500*500=0.06焦耳,忽略不计。
所以浪涌的保护,一般都用钳位器件,比如压敏电阻,放电管之类的,不用X电容。
PTC也不行。因为PTC变成高阻的前提是发热。但发热的时间常数太大,再快的发热也是毫秒级,而浪涌是微秒级。

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12
lihui567| | 2018-12-30 10:02 | 只看该作者
加上共模电感和压敏电阻的话,应该不会炸**的,也有可能是你飞线的原因

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13
亚历山大Y|  楼主 | 2018-12-30 13:58 | 只看该作者
mohanwei 发表于 2018-12-15 18:12
要过这种测试,建议加共模电感。

板子空间限制,没办法加不上。

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14
亚历山大Y|  楼主 | 2018-12-30 15:02 | 只看该作者
william008 发表于 2018-12-19 10:32
解决方案暂不谈,先谈谈你的分析。
1. 既然你说了“绕线电阻有电感特性,而电感的电流不能瞬变”,那么P=I ...

多谢!
  今天又想了下。看了下压敏电阻的反应速度在10纳秒级别,而浪涌电流大概持续2微秒的样子。因此,压敏电阻基本能在这个时间内全力工作。压敏电阻工作后,通过压敏电阻和绕线电阻的电流变得很大。绕线电阻功耗应该是P=IIR。
   实验室太忙,好不容易挤了几分钟时间来做试验,没机会用示波器测量了。

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15
亚历山大Y|  楼主 | 2018-12-30 15:09 | 只看该作者
william008 发表于 2018-12-21 14:01
单次浪涌的能量在几焦耳到几十焦耳的量级。
如果用0.47uF的X电容,充电到500V,消耗的能量=0.5*0.47u*500 ...

高手,学习了!

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16
gx_huang| | 2018-12-30 15:33 | 只看该作者
william008 发表于 2018-12-21 14:01
单次浪涌的能量在几焦耳到几十焦耳的量级。
如果用0.47uF的X电容,充电到500V,消耗的能量=0.5*0.47u*500 ...

说的有道理,没有做过AC220V的送检测试,还不知道输入的能量有这么大。
我们以前手机充电器,都是靠电感和电容滤波的,没有人加压敏电阻,只有工业的或者较大空间的设备才加压敏。

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gx_huang 2018-12-30 19:16 回复TA
@lihui567 :像手机充电器没有看到过,其它产品,在电源输入处会加压敏电阻,但是一般不焊接,还是加LC滤波效果好。直接加压敏的,压敏烧坏的反而多。一般是加三端的器件比较多,电源故障好,就是串联NTC和并联压敏的。 
lihui567 2018-12-30 17:31 回复TA
现在电源上加压敏电阻应该不少吧 
17
gx_huang| | 2018-12-31 10:27 | 只看该作者
william008 发表于 2018-12-21 14:01
单次浪涌的能量在几焦耳到几十焦耳的量级。
如果用0.47uF的X电容,充电到500V,消耗的能量=0.5*0.47u*500 ...

我百度一下浪涌的测试标准,只标注开路电压、短路电流、波形时间参数,以及符合这个要求的各种输出等效测试网络的电压、电阻、电容、电感的参数,如果被测试设备是限压保护的模拟负载,能量确实比较大,需要积分计算。从LZ的描述看,不加保护,4.7uf/450v电容炸裂,说明电容是电压击穿或者过流发热损坏。串了20欧姆电阻,电阻损坏,这个电阻显然无法承受这么大瞬间功率。就看测试的具体标准了,对于很窄的脉冲,串联电感是有效的,对于比较宽的脉冲,只有钳位保护器件才是有效的。这个和汽车电子的测试一样,只能选大功率TVS钳位,或者你的电路可以承受100多V的电压。

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