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【龙腾原创】+浪涌防护之Surge电压那点事

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wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-12 10:09:40

近来一直在做一款LED电源的浪涌电压改善工作,中间发现不少东西,特地分享下
此贴会持续更新,由浅入深,如有不同见解,请指正,大家一起讨论
浪涌(Electrical surge),顾名思义就是瞬间出现超出稳定值的峰值,它包括浪涌电压浪涌电流
浪涌也叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。
关于更多的说明就不再介绍,随意百度就可看到(上面一小段也是引用的
1.最常见的就是大家所见到的气体放电管(又称Gas tube)
它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率,在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的,也有三极型的




2.接下来最常见的可能就是加入Varistor(大家称呼不一,有人叫突波吸收器,有人叫压敏电阻)
它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻,当作用在其两端的电压达到一定数值后,电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好(I=CUα中的非线性系数α),通流容量大(~2KA/cm<sup class="normal">2[/sup]),常态泄漏电流小(10<sup class="normal">-7[/sup]~10<sup class="normal">-6[/sup]A),残压低(取决于压敏电阻的工作电压和通流容量),对瞬时过电压响应时间快(~10<sup class="normal">-8[/sup]s),无续流(摘自百度)。
3.共模扼流圈:

扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号(如雷电干扰),而对线路正常传输的差模信号无影响(摘自百度)


4. RCD 吸收电路
将此电路并联于直流母线上,其中电解电容值越大,效果越好,当然得考虑规格和成本问题
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YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 11:00:33
 
请问,没做过相应的产品,但见过有用气体放电管的,气体放电管在输入端一般是怎么接的?我见过是压敏电阻串联气体放电管到地,这样输入高压测试就不能通过了。
化二为一
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  • 2014-6-12 11:20:05
 
(1)气体放电管有“续流遮断”问题:即导通之后,残压为30~40V(化二亲自测试过,有供应商说续流电压为12V左右),如果气体放电管应用于DC24V以上的电源,或AC220V的电源线(GDT动作之后的尾随效应,即使交流过零,GDT也不会关断);
——但是其寄生电容小,2pF
(2)压敏电阻VR有老化失效的问题:多次冲击后,其漏电流加大,压敏电阻变低,导致其低阻化(甚至短路)、发热、自燃)。
此外,压敏电阻的寄生电容太多,高达10nF,如果直接与机壳地PG相连的话,漏电容很吓人。
(3)压敏电阻与气体放电管串联使用,可规避上述问题。
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 11:22:57
 
压敏电阻与气体放电管串联使用,可以过2500V交流耐压测试?
爱国分子
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  • 2014-6-12 11:57:13
 
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wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-12 13:27:26
 
是的,受潮也会有影响,这就是为什么工厂在喷完防潮胶后要先烘干了
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-12 13:25:52
 
严重同意,补充下,气体放电管的反应速度慢于突波吸收器,在用的时候,一般气体放电管在突波吸收器之前,气体放电管接地距离尽量短,接地面积要充分
化二为一
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-12 13:54:46
 
对于1.2/50us的浪涌来说,气体放电管的反应速度不成问题,一般小于1us,实际测试可能在100ns内。
p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-19 10:54:21
 
说到吸收电路, 就是这样的吗


119985894
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  • 2014-9-4 00:17:28
 
不知这吸收电路对这颗电容有怎样的要求?
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-9-4 09:25:40
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你是指耐压还是电容类型还是容值?
t122553120
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本网技师
  • 2015-1-27 09:53:47
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化二为一
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  • 2014-6-12 11:22:28
 
关于印发《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》的通知
——气体放电管必须与压敏电阻串联使用
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 11:23:54
 
这个图,LN短接,与PE之间能过2500V交流耐压测试?
化二为一
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LV8
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  • 2014-6-12 11:29:44
 
太高了,要使用直流冲击击穿电压为3800V的气体放电管,方可通过AC2500V的耐压测试,这样的共模防护也没有什么意义了。
——一般铁路测试的耐压不超过AC1500V,如铁标GB/T 25119
化二为一
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-12 11:24:53
 
高压测试,是指安规耐压测试吧?加了VR、GDT有利于浪涌、雷击测试,但是会影响安规测试中。这种开关电源的防护设计有技巧。
——化二可以做到,安规(安规测试中,不拆瞬态抑制器件)、浪涌测试兼顾
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-12 11:44:33
 
用放电管串压敏LN到地一样可过高压测试的,串联电压叠加达到高压上线就好
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 11:49:53
 
没看明白意思,能否给个图?
化二为一
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  • 2014-6-12 13:57:54
 
压敏电阻与放电管,串联电压叠加是错误的思想。耐压的最大强度,仅取决于其中一个的最大动作电压。
——我曾经想用两个400V的GDT串联,过AC500V的耐压测试,信心满怀,结果发现连AC300V也过不了。
主要原因是,分压不均!
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-12 14:01:42
 
肯定是叠加的,只是在放电管击穿后其电压是跌落的,你说的AC耐压,峰值可能已超
我前曾试过1000V+470V压敏,打1.5KV会勉强击穿,1.2~1.3KV时没事
p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-19 10:56:25
 
当压敏电阻器两端电压超过其最大限制电压时,压敏电阻器将完全击穿损坏,无法再自行恢复, 你1500的话就是最大限制电压啊
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-19 11:16:52
 
压敏并不会损坏(10D471),最多吸改不完串到后面线路。我们LN间要求打2000V,也就用压敏吸收,一级不够用两级三级,当用一级时压敏也打不坏,也就后级线路打坏,
实际上面我说的LN对PE用的是1.5KV放电管+14D470V压敏,并没有出现打坏压敏的情况
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-12 13:09:48
 
有很多就是像你说的串联压敏电阻接到地的,也有直接接到地的,还有就并联共模扼流圈的,如图
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 13:24:43
 
我见到的就是这种摆放方式,这种方式耐压是无法通过的吧?
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-12 13:34:23
 
如上图,为什么说耐压无法通过
放电管有1000~3000V的,LN对地耐压也就2U+1000这样
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-12 13:36:21
 
如果增加2、3千伏的气体放电管,对于浪涌这些还能起作用吗?我没接触过这些方面的测试,问题如果太简单,勿怪。
化二为一
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  • 2014-6-12 14:03:30
 
如果开关电源的绝缘耐压能力强,本身就可以扛2~3V的浪涌冲击。
——我们现在选电源时,一般要求L、N对机壳PE的耐压强度为AC2000V,就是为了抗浪涌中。
绝缘防雷,也是一种有效的防雷措施!
爱国分子
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  • 2014-6-18 22:30:54
 
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jerry-power
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高级工程师
  • 2014-7-22 15:02:57
 
浪涌2kv,L,N,PE之间的走线距离要求是怎样的? 没做过相关测试,所以不是很明白
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-7-23 09:51:51
 
符合安规要求就好,你的走线距离可以用Hi-pot仪测试,安规距离的文档很多的
浪涌有L-N的,有L-PE的也有N-PE的,是在正常工作的时候的一种可靠性测试手段
淡炎
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本网技师
最新回复
  • 2015-8-27 10:17:58
  • 倒数1
 
压敏串接气体管是为了什么??
求教!
我的理解,能不用防护器件就不用防护 器件。
绝缘抗浪涌我认为是最好的方法。。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-12 14:06:30
 
本身L、N对地的浪涌就4000V或要求更高(我们公司要求就比标准更高达到6000V),加入1000多伏的浪涌吸收是有必要的。
化二为一
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  • 2014-6-12 14:01:32
 
气体放电管使用DC2800V或3000V的,可以通过AC1500V的耐压测试
langtuodianzi
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副总工程师
  • 2015-1-27 14:44:27
  • 倒数2
 
好的设计的开关电源的绝缘耐压能力强,自身就可以扛2KV~3KV的浪涌冲击。
要满足AC1500绝缘耐压测试应选取标称直流击穿电压3000V或3600V的气体放电管。



化二为一
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  • 2014-6-12 14:00:25
 
这是一般工控系统中,比较常见的防浪涌或雷击的结构,但是铁路产品的是不允许出现的。
(1)安全问题,压敏电阻失效,会引火,或让保护动作而掉电;
(2)耐压测试不过关,AC1500V的耐压测试,瞬态抑制器件会动作的。
wxj1220
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  • 2014-6-12 13:15:51
 
关于Hi-pot测试不能通过,可能与你的放置
形式也有关系,当然和你的参数选择应该也有关系,曾经遇到过:



垂直PCB放置,导致安规距离不够,很多时候会套热缩套管的

化二为一
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  • 2014-6-12 14:04:56
 
AC2000V的耐压,PCB的走线与机壳之间的距离一般只能做到2.5mm,但是几乎没有出问题。
wxj1220
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  • 2014-6-12 19:44:13
 
关于Surge电压规格相关定义,在这具体阐述下:

学海游轮
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  • 2014-6-12 20:42:46
 
刚没注意到LZ的帖子,也没关系,一起讨论。
我也是碰到了Surge方面的问题,请问LZ有测量过Surge测试时的波形吗?我一直不敢测。
化二为一
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  • 2014-6-13 09:00:00
 
使用高压探头测。当然开关电源次级也可以测试
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-13 10:00:23
 
测试过啊 ,刚才在你的帖子里回给过你了啊
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-13 10:03:39
 
再付一张测试波形,虽说本贴还未讲述到那一步,大家先睹为快了
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-13 10:05:41
 

学海游轮
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副总工程师
  • 2014-6-13 22:37:28
 
输入的电解电容充电的电压也不高啊,有量过Bridge Diode两端的波形吗?
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-6-13 21:53:10
 
支持楼主原创手绘图,多讲讲浪涌抑制措施和原理,期待楼主形象生动的讲解。
dxsmail
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副总工程师
  • 2014-6-14 10:35:45
 
楼主经验丰富。。我一直以为共模电感。对浪涌起的作用很小。。。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-16 08:14:33
 
我们一般会尽量把压敏放在电感类器后面
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-16 09:51:28
 
5. 以上浪涌防护器件的配合使用
为了能更好的发挥作用,应该合理放置以上四种浪涌防护器件的位置,我的一般是:先气体放电管,再Variostr,最后在RCD吸收电路,实际测试发现,RCD吸收电路中电解电容C的容量越大,改善的性能越好,
下来可能就要更多的关注电源的具体工作状态了,在此再阐述下
雪崩击穿的原理:(摘自百度)
雪崩击穿Avalanche Multiplication
材料掺杂浓度较低的PN结中,当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。这样通过空间电荷区的电子和空穴,就会在电场作用下,使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结,这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-16 09:57:18
 
6.实际分享一款30W的Fly-Back的LED电源的Surge防护经验,
a. 拿到电源,首先观察了电源关于Surge方面的防护措施,一颗10D 561,RCD吸收电路,C 较小,
b,实际测试原装的电源发现,在Surge来的时候,IC的Ton时间和Duty会变化,
c, 测试平面MOS和SJ MOS会有较大差异,
d,关注MOS的雪崩电流和最大耐压
wxj1220
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  • 2014-6-17 09:43:57
 
a. 我遇到一般是LED电源,要求220VAC输入,Surge 1300V‘90°。
通常根据实际测试的浪涌时的VDS电压,母线电压,Id电流来观测和做设计调整,
尽量选用雪崩电流大的器件(搭配自己的实际电源的电流和电压选取),防止测试过程中损坏电源,避免维修。
如果测试过程中国未出现变压器饱和状况,那就应该通过调整RCD吸收电路及Varistor等来在前级吸收点浪涌带来的能量。但是通常由于安规及布局的要求,这种方式并不是一定能够解决问题。
b. 我的测试波形如下:

wxj1220
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wxj1220
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通过对IC的了解和变压器的调整,尽量保证变压器的饱和电流小于雪崩电流
原理即是:6=1+1+1+1+1+1也=2+2+2,通过提高工作频率,减小电流来满足功率需求
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-17 09:51:42
 
c. 平面的MOS管和SJ的MOS在开关特性及导通电阻Rds on等都有较大的区别,应该注意区分它们的差异带来的设计变化和对整机性能的影响,
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-17 10:00:06
 
d. 可能前面我们的设计就是为了尽量规避或者减小我们MOS所能承受的最大VDS及Id等因素,这些设计是很有必要的,如果我们的MOS管能在这种场合有更好的性能,我想应该是大家乐意见到的。
针对目前各大厂商面对Cost down的压力越来越大,而各项产品规格也需要稳步提升,特别是大家越来越重视安全智能等方面的时候,好而Cheap的设计应该会更受大家青睐。
所以我个人建议,以上推出的方案可以协同作用,而不是单纯的靠一种设计去解决问题
最后给大家推荐一款个人感觉还不错的SJ MOS ,也刚好对应此贴的(龙腾原创)字样。
附LSC11N65 SJMOS datasheet 一份,!感谢龙腾举办这么好的活动! LSC11N65.pdf
bei_jxing
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-18 12:59:53
 
这么好的帖子,顶起来。
hwx-555
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LV10
总工程师
  • 2014-6-18 13:39:06
 
龙腾这款MOS的参数非常不错,Rdson、Vds、Qg都超过英飞凌的SPP11N65C3.
当然,谁有试用过,效果如何
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-19 09:25:24
 
你可以找他们的销售要点样品自己试试啊 ,可能由于Sj MOS比较快,EMI可能需要去注意把,
jinjunliu
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本网技师
  • 2014-9-4 04:37:54
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浪涌的能量会不会对电解电容产生什么不良影响?
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-17 10:06:28
 
个人感觉这个放置位置和板子的布局有关,和个人喜好也有关系,没有固定模式的
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-17 10:05:15
 
丰富不敢当,只是见的多而已,
所以叫做共模扼流圈,
hwx-555
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LV10
总工程师
  • 2014-6-17 11:08:24
 
楼主对共模电感的材质和绕线对EMI的影响有什么体验
wxj1220
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高级工程师
  • 2014-6-17 13:11:18
 
具体的体验暂时还没有,只是上次听过一次陈为老师的讲座,自己稍微学习了下,你可以看看他这方面的讲义,很有启发性
化二为一
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-17 13:48:05
 
学问很大,磁芯材质的选择是一门大学问
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-17 14:18:49
 
是啊,最近接触的这方面东西多了些,越接触越发现深, 感叹高数和大物当时没好好学啊
hwx-555
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LV10
总工程师
  • 2014-6-17 18:23:58
 
看样子化二有体验
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-18 09:36:16
 
化二最近极其活跃,顺便给咱多讲讲磁芯元件方面的东西啊 !
howard123
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LV2
本网技师
  • 2014-6-27 11:12:08
 
Hi LZ, 現在我製作了一個5V 1A的 ADAPTER,測試SUGAR的1KV過不了,AC輸入沒加共模電感,FUSE-MOV(10D471)-X1-RET,現在的問題是打SUGAR 1KV總是燒掉FUSE(1A 250V),請幫忙給點建議,謝謝~~~
hwx-555
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LV10
总工程师
  • 2014-6-27 11:16:51
 
只烧Fuse,确认是不是慢断的,用慢断的
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-27 17:00:42
 
你先看看我帖子中叙述的方法,测试坏只是Fuse坏还是有其它元器件都坏?
如果只是fuse坏的话,建议换个电流级大一点的,如果是MOS坏的话,你可以依次看看母线电压,MOS 的Id等,是不是超过了MOS的Vbrdss或雪崩电流,或者附张测试图,我好分析判断,、
wszdxp2004
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LV10
总工程师
  • 2014-6-17 21:10:11
 
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-6-19 11:36:28
 
上传一张浪涌测试中压敏电阻打爆的图片,爆炸的声音可大了,


tingting2013
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副总工程师
  • 2014-9-3 21:39:17
 
这么大,,,那你是打多少啊,
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-9-4 09:21:44
  • 倒数9
 
应该是L-N 1300V ‘ 90°
jupiternaoh
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本网技师
  • 2014-10-8 16:52:39
  • 倒数5
 
这种坏法我们经常看到,基本都在l-n4000v测试下炸,目前我们的坏法有三种原因:
1、物料不合格,品牌问题
2、片径太小,功率太小,有些不炸也会很烫
3、限压值太低,同时也是功率问题导致炸,但提高限压值可能会导致后端炸管子,需要个人均衡
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-10-11 17:47:11
  • 倒数4
 
L-N 2KV 单级PFC 测试炸掉;
原因楼上分析准确。
surface
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LV6
高级工程师
  • 2014-9-4 12:01:58
  • 倒数7
 
关注下,楼主能否提供部分参数,给我参考下
wxj1220
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LV6
高级工程师
  • 2014-9-9 11:23:41
  • 倒数6
 
不知道你需要哪些参数,给你一个浪涌发生器的Manual 里面有介绍,
要是没有再讨论 EMS61000-5A_V1用户手册_Ver1.02.pdf
热门技术、经典电源设计资源推荐

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