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【文原创】+Surge学习讨论

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wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-10 14:08:26
                        Surge之浪涌保护及整改  
                     143918710355c8409fc9162_small.png
                       上图:Flyback 浪涌电压测试波形        
                        其中        
                        信道:1:MOS Vds电压波形        
                        信道2: MOS Vgs波形        
                        信道3: MOS Id电流波形        
                        本文中涉及到的Surge是什么呢?看上图         
                        L~N 浪涌电压         
                        接下来我就从最初的原理到后续的实物整改,慢慢的来讲述下自己在l浪涌电压方面的学习和认识,         
                        文中若有不对或者纰漏之处,还请大家指正,共同学习,共同进步         
                         之前发过相关的东西,此次统一汇总。         
                        一.什么是浪涌电压?         
                         下图为Vac输入电压波形        
        
                                                         
                                         
               
                                          百度解释如下:                 
                                        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。               
                                         ICE61000-4-5表述如下:               
                                                         
                                                         
                                       
               
                                                         
                                                         
                                                         
                                                         
                                                         
                                                         
                                                         
                                       

luck2013
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  • 2015-8-10 14:10:05
 
期待期待,先观摩一下
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-10 14:33:38
 
ICE6100-4-5相关文章也带一份给大家看看,如果有更好的,发给我哦,哈哈 GBT 21419-2013 变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全 电磁兼容(EMC)要求.pdf
另一个是远方的浪涌发生器的Manual,上面也有较细致的涉及,避免广告之嫌,就不在这发了
luoyan1980
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  • 2015-12-10 22:38:45
 
SURGE问题有时还真不好解决。
aa20897
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实习版主
  • 2016-5-26 20:28:59
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标准是不是过时了?浪涌这么低?次数才5次?
chen9oooo
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高级工程师
  • 2015-8-10 17:26:44
 
期待
wcm014
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  • 2015-8-11 08:54:19
 
期待精彩!为你喝彩!
hlp330
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版主
  • 2015-8-11 09:02:55
 
图片最好备注下,测试的都是一些什么波形,这样看起来也就比较清晰直观了。
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-11 09:06:49
 
谢谢提醒,这就改进
ck7401
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副总工程师
  • 2015-12-10 22:52:54
 
说得很对,最好加上备注说明。
超级马力
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  • 2015-12-16 09:30:28
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静听各位大师说项。。。
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-11 09:15:26
 
之前提到了浪涌的三种形式,本贴中只降到了浪涌电压的测试和整改,对应实际波形,大家看下我抓到的实际浪涌电压波形细节:(1.2uS/50uS)

slslsl651
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  • 2015-9-8 14:05:16
 
谢谢楼主分享
XIAOTU80
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  • 2015-8-11 13:56:56
 
实际浪涌被抑制波形有吗?
zvszcs
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  • 2015-8-13 16:30:53
 
这个也是我的强项哈
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-21 11:32:37
 
那欢迎一起来讨论学习啊。
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-21 11:33:28
 
由于最近出差了十几天,帖子一直没更新,后面将持续更新
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-21 11:36:32
 
这个可能得贴两张图来对比,后面会贴出来,刚出差回来。还没来得及
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-24 17:14:11
 
上面大概讲了Surge电压的一些基本概念,接下来我们就一款反击的LED电源来开始,
一般的浪涌到来时,MOS管周边的波形会是怎么样那?
请看下图,其中通道1是母线电压,通道2为MOS 管VDS电压,通道3为Id电流





从这张测试图上,大家能得出那些信息那?欢迎讨论
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-8-25 13:26:34
 
我发现的问题及可能导致的问题:
1.母线电压变高(可能引起IC的Ton时间变化)
母线电压的变化针对不同的IC会有一些对应的调控机制和环路反应的问题,需要实际测试考量
2.VDS电压变高(MOS过电压)
MOS管选择的时候Bv值及雪崩情况
3.Id增大(MOS过电流)
雪崩电流的容忍度
4.变压器饱和(变压器设计余量)
Ton时间的变化,母线电压的变化都可能导致变压器的饱和,需要实际设计留有余量或者做针对性设计
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-8 13:35:54
 
针对以上四个不同的问题,下面有一些自己使用的对策,描述下:

1.母线电压变高(可能引起IC的Ton时间变化)
母线电压的变化针对不同的IC会有一些对应的调控机制和环路反应的问题,需要实际测试考量
在输入端加入浪涌吸收原件或者电路:
a.加突波吸收器,也叫Varistor,根据自己的安规和电源规格选择,我们一般就100W左右,多用10D511



本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-8 13:37 编辑

Varistor

Varistor
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  • 2015-9-8 13:42:17
 
b.在母线上加入RCD吸收电路
具体电容容量和电路参数Pf,电源体积空间,需要电容耐压等有关系,视具体情况而定

b.PNG
wxj1220
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  • 2015-9-9 16:41:23
 
2.VDS电压变高(MOS过电压)
MOS管选择的时候Bv值及雪崩情况
   a.选料的时候考虑到具体工作情况并留有一定余量是比较好的,当然得考虑成本
   b.通过1的手段,降低母线电压,从而减少Surge对MOS管电压产生的影响
wxj1220
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  • 2015-9-9 16:46:16
 
3.Id增大(MOS过电流)
雪崩电流的容忍度
   a.还是选料的问题,不同厂家的MOS在雪崩电流这一参数的差异还是蛮大的,在Surge 到来时,由于变压器饱和,负载电流要求等,都会使MOS的Id电流由大幅度的变化,所以必须关注此项。(针对单端反击)如图:其中信道1:母线电压,信道2:Vds电压,信道3:Id电流



Surge到来时MOS周边波形

Surge到来时MOS周边波形
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  • 2015-9-15 16:31:19
 
4.变压器饱和(变压器设计余量)
  Ton时间的变化,母线电压的变化都可能导致变压器的饱和,需要实际设计留有余量或者做针对性设计
a.如果变压器饱和严重的话,可能会有很大的峰值电流Id,损坏MOS管,可适当的调整变压器感值。
b.研究下主控IC的工作模式,是否可能通过减小Ton时间的办法等。
wxj1220
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  • 2015-9-15 16:33:19
 
以上大概讲述了一下我在Surge解决时候的一些办法,接下来就以一款28W的LED电源为例,来列个实例具体讲讲吧:
  电源规格:Vin=90~264Vac f=50Hz
                    Vo=30Vdc,Io=0.7A

本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-21 10:09 编辑

简单电路

简单电路
wxj1220
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  • 2015-9-21 10:24:18
 
此电源刚拿到手的时候测试波形,在一下所有涉及到的波形中,信道1:母线电压,信道2:Vds电压,信道3:MOS Id电流Surge=600V,L~N,90°,测试波形如下:


本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-21 13:22 编辑

请看ID电流

请看ID电流
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  • 2015-9-21 10:27:35
 
此测试图明显显示浪涌到来时母线电压和Vds很高,导致MOS Id电流的异常变化。先从降低母线电压入手,前级加入R-CD电路,点解电容6.6uF
测试Surge700V,波形如下:

025.png
026.png
wxj1220
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  • 2015-9-21 13:13:25
 
看到上图,通过加入RCD电路的,很大程度上降低了Surge带来的母线电压的增加,措施较有效,还可以通过前前级L~N之间加入压敏电阻实现,在此不再赘述,
通过RCD衰减之后,测试波形还可从Id电流的变化,看到变压器有饱和的迹象,这就需要考虑变压器的设计余量和成本等综合考虑了,
选择R-CD电容之后,逐渐的升高测试Surge电压,测试看看效果,能到到什么程度,再决定电容量的增减
   下图为Surge=1000V,L~N,90°测试波形:
063.png
wxj1220
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  • 2015-9-21 13:17:31
 
其实从上图可以看出这个基本已经能解决问题了,
接下来上传通过触发IC的保护机制,从而使Surge电压到来时,母线高到一定程度后,关断MOS驱动,利用MOS的自身抗浪涌电压和雪崩电流能力,度过surge 电压到来的时间,电路图之前已经发过,下面就给出一个实际的测试波形,大家有兴趣可以再细细讨论:
217.png
wxj1220
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  • 2015-9-21 13:19:06
 
既然此次为西安龙腾举办的,我也申请了几颗LSD07的管子,下面就是Surge1200V‘90°时的测试波形:

LSD07N65测试波形

LSD07N65测试波形
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  • 2015-9-21 13:25:14
 
既然浪涌都测了,也得评估下其他的参数,首先列下用龙腾7A器件测试EMI:

测试布置

测试布置




辐射

辐射
wxj1220
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  • 2015-9-21 13:32:06
 
整改调试完EMI之后,再对效率和Pf,THD做了简单的测试,由于保密问题,不便多上传波形和信息,大家见谅。
最后针对电源做了以下测试:
1.满载开关机测试,
2.输入电压突变,
3.On/Off
等安全方面的测试,效果良好,最后小小的测了一把MOS的温度,超级结MOS确实强大啊 ,温升低了不少啊,
在此还得感谢龙腾给了这次机会和提供样品,才能有一个和大家交流的平台。


最后说下,如果我此贴中有什么遗漏或者错误的东西,希望大家指正,但希望是技术讨论,谢谢大家!
siderlee
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高级工程师
  • 2015-10-8 10:17:06
 
变压器有饱和迹象啊
wxj1220
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  • 2015-10-8 10:46:54
 
是的,所以得考虑变压器设计余量问题
cyq2011
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本网技工
  • 2016-1-4 18:04:51
  • 倒数6
 
楼主,浪涌吸收RCD中的C用450V/4.7UF,用市电测试都会有鼓包的现象,有遇到过吗? 本帖最后由 cyq2011 于 2016-1-4 18:11 编辑

qq80644864
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  • 2015-9-8 19:48:49
 
跟功率有何关系?
wxj1220
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  • 2015-9-9 10:49:51
 
和电源的功率肯定有关系啊,比如MOS管的电流等级,还有就是满载Surge到来时,Id电流的增幅,p=V*I ,P越大,V一定,那I就越大,需要注意的地方就更多。我是这么理解的,有高见可以讨论一下啊
qq80644864
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  • 2015-9-9 11:11:01
 
增加的始终都是浪涌部分来的,原来的功率本身有的电流关你浪涌的什么关系,这点需要明确
wxj1220
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  • 2015-9-9 16:37:00
 
你好,是我表述的不清楚么,我是说和功率有关系,增幅是浪涌提供的,但是你原有的功率等级相当于一个既定的平台,加上增幅才是需要面对的问题啊
“和电源的功率肯定有关系啊,比如MOS管的电流等级,还有就是满载Surge到来时,Id电流的增幅,p=V*I ,P越大,V一定,那I就越大,需要注意的地方就更多。我是这么理解的,有高见可以讨论一下啊”
qq80644864
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  • 2015-9-9 16:57:15
 
原来的机子的电流大小跟浪涌有何关系???
wxj1220
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  • 2015-9-10 10:13:31
 
原来的机子的电流大小和浪涌是没关系,但是它会影响浪涌到来后MOS管的电流应力,(就像10个饼能吃饱,前九个饼是原来的电流大小,最后一个饼是浪涌提供,要没有前9个那肯定饱不了啊)我是这样理解的,不知道我的表述和你说的是不是有出入,欢迎讨论
qq80644864
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  • 2015-9-10 10:28:39
 
既然原来机子的电流大小和浪涌没关系,那你在选零件的时候何必加上功率?

按你这么说,假设一个10W的机子,MOS的峰值电流1A,浪涌电流1000A,一共是1001A
另一个100W的机子,MOS的峰值电流5A,浪涌电流1000A,一共是1005A

还用继续说明白不?
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-10 10:42:46
 
好吧,为了说明问题而说明问题,你给我举一个实际的例子可以么?峰值电流1A,浪涌电流1000A,我只想说,你这1000A是自己臆想的吧?要真能有1000A,你的机子早炸飞了吧。理论推理是可以,但也有个区间吧,亲
 我只是在就浪涌可能影响的问题发表自己的看法和观点,有不同观点可以发表,对于你这么发表观点的,我表示不欢迎,谢谢。
qq80644864
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  • 2015-9-10 14:02:07
 
呵呵呵呵,既然不欢迎,那讨论就此结束,懂的还是懂,不懂的还是照样不懂
本帖最后由 qq80644864 于 2015-9-10 14:07 编辑

wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-10 15:11:54
 
呵呵,呵呵呵
蓝图
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副总工程师
  • 2015-10-24 10:48:03
 
10D 的压敏过4kV 雷击?  
aa20897
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实习版主
  • 2016-5-26 21:05:25
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你们公司是做什么产品的?10D511的够吗?510-误差50V,460V,直径10的压敏抗压性能可以?
aa20897
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LV7
实习版主
  • 2016-9-2 18:53:56
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10D511?
那这电网电压是需要稳一些的哦,不然可能撑不住;

wszdxp2004
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  • 2015-9-2 09:29:17
 
mark,sssss
zuohuijuan11
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高级工程师
  • 2015-9-8 16:23:46
 
請教一下樓主,我在驗證SURGE的時候遇到一個問題:打4KV差模,6KV的共模,沒打死,總是跌落,但是我4KV的共模卻不跌落。
對策,更改mos,更改10471/14561的壓敏電阻,加了氣體放電管(200V-300V)也是一樣的跌落,正常輸出12V,但是已經跌落到6.02V。
不知道版主能否給個建議?
另外,我斷了Y電容,也是跌落,請教樓主,是否有此經驗?
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-8 18:03:25
 
你好,我做的多是差模的,而且LED电源要求是能在一定时间自恢复就OK,我有几点建议:
1. 看看你设计的电源的行业标准,是否有涉及一定时间自恢复即可得要求。
2.针对差模,可能选择MOS的时候需要选择一些耐压高,雪崩电流大的,Toshiba的还不错,同时有条件,抓取一下MOS的Id电流波形,看变压器涉及是否余量足够,因为针对固定导通时间的IC,母线电压高,反击的时候变压器容易饱和,这样电流就会很大,导致失效。
3.看看IC的控制方式,我有在前段加电路,当Surge使母线搞到一定程度时,用电路拉掉驱动,关断MOS,让MOS硬抗,当然这个是建立在自恢复的基础上,不知道你的电源是否有这方面的相关规定要求
4.再就是在前段加一些RCD吸收电路,电解电容大点效果会更好。但得考虑不影响你的其他参数。
5.共模的研究得不多,我看看再回复你


langtuodianzi
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副总工程师
  • 2015-9-22 10:54:58
 
气体放电管的直流击穿电压应选取600V,(LT-B8G600L)。
电压跌落是有些元件打坏导致的。
CatchE644.jpg
220V电源保护.jpg
lqf537503
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高级工程师
  • 2015-9-24 11:09:42
 
你的电源没有被打死,说明MOS是扛得住的,只是电源进入保护了,一是过压保护了,二是过流保护了,三是环路要重新调一下。
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-24 11:22:53
 
现在就是利用LED电源的这种间歇保护模式,经过前级的一些消减,让MOS不至于扛整个Surge的能量,这样又符合国家的相关标准,有点钻空子的意思,但是还是得在前级做好必要的防浪涌措施,选择不错的MOS,龙腾的感觉不错,可能平面管子能好一点,
dongke201505
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  • 2015-12-11 21:46:25
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没打死,也受伤了。
aa20897
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实习版主
  • 2016-9-2 18:55:34
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是不是保护了?
XIAOTU80
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  • 2015-9-23 12:45:46
 
这帖子,图文并茂,方便大家直观的了解改进措施引起的波形变化。
不错!
XIAOTU80
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  • 2015-9-23 12:47:06
 
加上RCD,和泄放浪涌的器件,最终波形是什么样的?
直接来个改进前后的对比,更直观,震撼!
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-23 22:31:53
 
明天去找点波形传给大家看看,那个项目有些波形只是当时测试看,并没有保存,可惜了
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-25 10:44:26
 
某款电源测试Surge电压500V,L~N,90°,RCD电容为4.7uF时候的波形和RCD电容为4.7uF+4.7uF波形对比

本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-25 10:46 编辑

RCD-C=4.7uF

RCD-C=4.7uF

RCD-C=4.7+4.7uF

RCD-C=4.7+4.7uF
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-25 10:51:53
 
浪涌保护电路之前提到过,涉及公司机密,不能具体电路加解释,但是原理都给大家说到了,下图为电路加上前后测试波形对比

本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-25 10:53 编辑

未加浪涌保护电路

未加浪涌保护电路

加上浪涌保护电路

加上浪涌保护电路
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-28 09:37:31
 
浪涌也说了很多,那么针对浪涌失效的分析,如果没有抓到波形,该怎么办那?
或许半导体失效分析也是个方向,这里贴几张刨片的失效MOS图:

2.PNG
8.PNG
siderlee
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  • 2015-10-8 10:30:56
 
2号门极已经失效了

8号看样子好像没事

wxj1220
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高级工程师
  • 2015-10-8 10:44:39
 
其实都失效了,只是8号没有放大,不明显
siderlee
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高级工程师
  • 2015-10-8 13:11:40
 
看不清

你说的是左上靠中间的那几个黑点啊?

wxj1220
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高级工程师
  • 2015-10-8 15:40:25
 
是上面那条邦定线挡住了,腐蚀掉后应该在图上标的红圈位置,给分析下,什么问题导致的?
本帖最后由 wxj1220 于 2015-10-8 15:42 编辑

00.PNG
XIAOTU80
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  • 2015-9-23 12:49:05
 
楼主继续努力,给大家带来更多的直观波形图。
本帖最后由 XIAOTU80 于 2015-9-23 12:50 编辑

ruohan
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  • 2015-9-23 17:31:56
 
学习了,不错
wxj1220
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  • 2015-9-23 22:35:27
 
欢迎讨论,共同进步
wxj1220
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  • 2015-9-23 22:32:49
 
欢迎讨论,都想看那些波形,我给咱传上来
zvszcs
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  • 2015-9-24 10:18:38
 
不错的帖子,分析的有道理,关键就在于变压器设计,如果在饱和的边缘就很容易当机
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-24 11:17:11
 
是的啊,整改过很多,变压器是个很好的突破口,综合下IC的控制逻辑和变压器成本生产方面的考虑,应该有更多的思路出来
XIAOTU80
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  • 2015-9-24 12:29:44
 
浪涌,比如额定220V输入的开关电源。有共模的,常打4KV;有差模的, 常打2KV.
共模的时候 输入每根线对地的波形情况也不一样吧?
在这些测试条件下,电源上的漏源波形,输出波形,辅助供电电压等关键点的变化幅值有多大?还有输入线和大地的波形变化。
加哪些措施抑制波动的效果就很明显?
其实这个可以做很多工作,上传一堆波形来对比分析。

wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-25 11:25:35
 
你说的确实很多,我现在做的主要还是差模的,最高就4Kv,共模的没咋接触过,不太了解,
在浪涌到来时,辅助供电电压曾经有关注过,测试波形没找到,还是有微小变化,因为一般IC内部在VCC处都会有一个稳压管或者我们设计的时候会在那块有一个稳压管,所以一般不会对IC有什么损伤,除非时浪涌到来时,MOS管损坏导致的IC失效。
你这么一说,我发现很多问题都没有细细的去关注啊,以后还得多关注下,
siderlee
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高级工程师
  • 2015-9-25 11:58:12
 
听课  听课  


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jackxiang
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  • 2015-9-25 14:24:56
 
top ! up ! up !  good !

come on !
jackxiang
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助理工程师
  • 2015-9-25 14:25:36
 
楼主好帖子啊,可以继续深入讨论的!
Nickdeng
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本网技工
  • 2015-9-25 16:51:31
 
谢谢楼主分享,学习了很多知识
wxj1220
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  • 2015-9-25 17:46:42
 
有好的就分享出来,学习不敢当,大家讨论,共同进步
learn-led
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  • 2015-9-28 17:21:34
 
好贴就要标记下
ajin1985
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  • 2015-9-29 11:26:18
 
surge:输入端的热敏电阻作用很大,压敏选择要恰当,还有大电解也要扛,别选太差的
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-29 15:48:59
 
热敏电阻在大功率才会用到,主要是抑制Inrush的,
压敏主要是安规浪涌方面的作用
你说的大电解也对,只是在Adapter上出现的多,但是对PF 有要求的单端反击LED电源,这个东西不能太大哦,我一般最大也就10UF
本帖最后由 wxj1220 于 2015-9-29 15:50 编辑

XIAOTU80
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  • 2015-9-30 08:20:03
 
热敏电阻主要是考虑开机的浪涌电流抑制吧。
冲击浪涌时,起的作用没研究过
siderlee
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高级工程师
  • 2015-10-8 10:27:41
 
真正的大功率不会用到这些,都有预充电电路
wxj1220
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  • 2015-10-8 10:45:34
 
大功率就用到DSP了,这个也就一个小IC做控制,很多还是要外部电路完成
siderlee
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  • 2015-10-8 13:12:37
 
越来越多的3外围做集成是个趋势
wxj1220
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  • 2015-10-8 15:41:59
 
是的,很多把全桥或者半桥的MOS加二极管都集成到一起了,何况这种非功率级的逻辑电路啊
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-9-29 15:49:38
 
互相学习,有什么不足提出来,我好改进
ruohan
  • ruohan
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  • 2015-10-12 10:59:48
 
1.母线电压变高(可能引起IC的Ton时间变化)
母线电压的变化针对不同的IC会有一些对应的调控机制和环路反应的问题,需要实际测试考量
浪涌的时间这么短,电源的环路会有反应吗,,,
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-10-12 13:14:31
 
会的,我帖子里面有涉及到,可能电源比较简单,就没那么深入和复杂
zvszcs
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版主
  • 2015-10-15 08:44:07
 
你需要做的几个波形对比1.输入SURGE原始波形
2.经过一级共模或差模后波形变化
3.整流桥之前的SURGE波形
4.变压器次级波形
5.芯片供电波形
6.吸收回路二极管波形
等等,这样才比较全面,有利于可靠性的分析等等
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-10-15 09:25:04
 
你好,1,输入Surge原始波形帖子里面有的,再附上

Surge1.png
wxj1220
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高级工程师
  • 2015-10-15 09:27:22
 
其他的波形只是在当时测试的时候抓去过,并没有保存,目前也没有合适的项目做这些工作,所以抱歉了,如果后面有要做的,我会把你要求的波形保存下发上来的,谢谢指导
bkn1860
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本网技师
  • 2015-10-19 16:06:30
 
图文并茂,讲解也很好
蓝图
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副总工程师
  • 2015-10-24 10:43:56
 
来学习下,写了个保险选型文档,给点建议

Mathcad - Fuse Lectotype Design.pdf

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aa20897
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实习版主
最新回复
  • 2016-9-2 19:00:16
  • 倒数1
 
啥意思?
gxg1122
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副总工程师
  • 2015-12-10 13:22:43
 
多谢楼主了
小胜
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高级工程师
  • 2015-12-11 09:31:21
 
为什么,你的尖峰这么大,要怎么消除
蓝图
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副总工程师
  • 2015-12-11 09:36:23
 
尖峰由于电感(或寄生电感)造成,用电容去吸收。
simonbin
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LV8
副总工程师
  • 2015-12-13 19:12:26
  • 倒数9
 
谢谢分享
小胜
  • 小胜
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高级工程师
  • 2015-12-14 16:09:25
  • 倒数8
 
怎么有这么大的尖峰,楼主怎么消除的
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