工业网关雷击浪涌测试整改案例

问题描述:

客户产品为智能工业网关,产品需通过IEC61000-4-5 标准的1.2/50us组合波 差模±1KV、共模±2KV的测试要求,同时还需通过IEC60950 标准的绝缘耐压AC 500V,漏流≤5mA的测试要求。该产品电源端口输入24V,通信端口有网口、485端口、无线射频端口(LoRa)等。未整改前,测试绝缘耐压测试未通过。

整改过程:

一、绝缘耐压整改测试:

1、经分析,客户产品加的共模防护器件为击穿电压90V的陶瓷放电管(2E5-90LSMD)。当在电源输入对地施加AC 500V时,该共模防护器件因施加电压超过其击穿电压而导通,导致漏流增大,测试不通过。

2、故对产品所有对地连接的陶瓷放电管统一更换为击穿电压1000V的陶瓷放电管(2E5-1000LMSD)后,绝缘耐压测试通过。

二、雷击浪涌整改测试:

1、测试485端口雷击浪涌共模±2KV时,保险丝(F1、F2)处打火并有异响。经查看原理图发现防护方案存在不合理的地方;

2、因产品绝缘耐压的要求,更换陶瓷放电管型号之后。其击穿电压远远高于保险丝(SMD1812-014)的最大耐压值,当施加共模浪涌后,浪涌电压超过了保险丝的最大耐压值上限,对保险丝造成了损坏。根据以上,将保险丝更换为抗浪涌电阻,同时进一步将泄放路径进行改进后通过测试;

3、 再查看网口防护方案后发现,网口共模防护电路也存在问题,网口公共抽头处通过串联电阻后短接,再到RC电路到大地。在较大的共模浪涌能量通过时,很容易将串联电阻损坏。

4、经如上分析,将陶瓷放电管并联在串联电阻与大地之间,这样大部分的浪涌能量都可通过陶瓷放电管泄放到大地。保护电阻不受损坏。

5、最终除以上端口雷击浪涌测试通过,电源端口以及无线射频端口也通过了测试;

经如上整改措施,产品最终通过测试,满足IEC61000-4-5 (差模±1KV,共模±2KV) 雷击浪涌测试、IEC60950 绝缘耐压AC 500V,漏电流≤5mA的测试要求。

分析总结:

1、抗浪涌电阻相对于常规的自恢复保险丝来说,有更高的耐压值。针对这种瞬间过压,由于前级防护限制电压较高,使用电阻较作退耦更为适合。

2、针对有绝缘耐压或绝缘耐压要求较高的产品,在整改方案后,需考虑对雷击浪涌测试带来的影响。应从整体判断方案可行性,达到相对平衡的状态,以满足产品测试要求。

3、合理的设计浪涌泄放路径,不但要考虑使用合适的防护器件,还需对泄放路劲上经过的元器件进行评估,是否能承受浪涌冲击,只有多重考虑,才更能确保防护方案的合理性和安全性。

作者:南峰说

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