电磁兼容（EMC）：整改案例（六）Y电容过大导致雷击浪涌炸机

1. 异常现象

2. 原因分析

3. 整改方案

4. 总结

1. 异常现象

某金属外壳带接地线的产品按GB/T 17626.5进行雷击浪涌测试，在L，N线对PE进行±4kV浪涌电压测试时，出现炸机现象，AC-DC电源芯片损坏。而在L，N线间进行±2kV的浪涌测试没问题，同时在L，N线对PE进行±2kV浪涌电压测试没问题。

2. 原因分析

从异常现象来看，最表象的原因是L,N线对PE进行±4kV浪涌测试时，在整流后端的母线电压上叠加了浪涌电压，导致过冲电压超出了AC-DC电源芯片内置MOS管的最大耐压值，发生了过压击穿。而L，N线对PE进行±2kV浪涌电压测试没问题，是因为浪涌电压较低，在母线电压上所叠加的浪涌电压没有超出AC-DC电源芯片内置MOS管的最大耐压值，所以电源芯片抗住了，没坏。
那为何L，N线间进行±2kV的浪涌测试又没问题？

再查看原理图如下图所示，发现在AC-DC电源输入口的EMI滤波电路中，LN线间有一个压敏电阻，而L，N线对PE没有任何的防浪涌设计。这样，L，N线间的差模浪涌电压可以通过线间的压敏电阻来泄放，差模浪涌电压经过压敏电阻的泄放后，到后端的浪涌电压便比较低了。而L，N线对PE的共模电压则只能通过Y电容和产品自身对PE的寄生电容来泄放，大部分的浪涌电压值只能靠整流桥后端的大电解电容来吸收一部分，其它的便要靠器件本身的耐压值来抗，抗住了便没事，抗不住就炸机。虽然储能大电解电容也能起到一定的缓解作用，但效果肯定没有L，N线对PE增加防浪涌电路来的好。不同的压敏电阻搭配不同的电解电容所起到的缓冲效果不一样，大家可看电磁兼容（EMC）：一文读懂压敏电阻选型-CSDN博客，有一些数据可供参考。

再查看原理图中浪涌电流的路径分析如下图所示，因为整个电路中没有共模浪涌抑制压敏电阻和气体放电管等电路，所以L，N线对PE的共模电压则只能通过Y电容和产品自身对PE的寄生电容来泄放，其中Y电容的泄放占主导。从原理图可看到，在L，N线对PE有各有一个Y电容，同时在变压器初次级有一个Y电容，变压器初级低压地对PE有一个Y电容。那么，浪涌电流的主要路径便是如图所示的i1、i2和i3。这几个Y电容的作用主要是为了解决产品的EMI问题，给共模电流提供一个回流路径，减小其对外的辐射。电容是一把双刃剑，它在抑制自己噪声对外传播的同时，也可以将外部的噪声带入产品内部。如图所示变压器初次级和低压地对PE的Y电容，带来了浪涌电流i3，该电流流过AC-DC电源的芯片电路，当浪涌电压达到±4kV时，该电流在C8和C9上产生的浪涌电流将母线上形成浪涌电压叠加在电源芯片，导致芯片损坏。

3. 整改方案

对于这个问题有几种解决思路
1）在L,N线加防共模浪涌电路，压敏电阻与气体放电管的组合，但气体放电管的参数选取需要考虑产品是否要做耐压试验，该方案会增加硬件成本，产品还要重新改板。
2）选择MOS耐压值更高的电源芯片，耐压值高，也能抗过。若公司内部没有用开的，耐压值更高的芯片，短时间内比较难找到合适可靠的芯片，并且还需要将±4kV上叠加的浪涌电压值实测出来，根据实际电压值和考虑80%裕量来选择。即使能找到耐压值更高的电源芯片其成本也会相应的增加一些。
3）加大电解电容，电解电容对浪涌电压有一定的抑制作用，但抑制效果不是太明显，若要达到效果需要加大电解电容值比较大，产品体积和成本受限。
4）去掉C9Y电容，隔断浪涌电流i3的路径，让绝大部分浪涌电流通过前级的Y电容泄放，降低成本，不需要改板，但需要重新测试EMI试验。
对比几个解决思路，最终选择的是方案4，经测试L，N线对PE进行±4kV浪涌试验和EMI试验都测试合格。