雷擊是大自然界現象,當雷擊中地面或障礙物時,瞬間的突波電壓會藉由傳輸系統(如電力線/天線/網絡)等進入電源產品(Power supply) ,此異常能量容易造成產品內部的組件損毀。另外, 在現實生活中, 電源開關切換與插頭的插拔, 也有可能出現類似的瞬間的突波電壓。 
為了有效驗證產品對雷擊防護的耐受程度 , 因此IEC 針對不同的產品定出的雷擊測試規范(IEC-61000-4-5) , 表一就針對不同產品所訂定的規范。 
 


為了模擬雷擊波形與能量, 測試的方式主要分為以下兩種：開路電壓(open circuit voltage；參考圖二)，以及短路電流(short circuit current；參考圖三) 
 
 
雷擊的測試項目主要針對電源火線(L),地線(N),安全地(E)進行不同組合測試 
主要測試項目有四種(L→E , N→E, L&N→E, L→N), 一般設計考慮上分為共模(Common Mode)與差模(Differential mode)兩大類, 
A. L→E , N→E, L&N→E 測試屬于共模(Common Mode) 
B. L→N 測試屬于差模(Differential mode) 

以下是做雷擊測試時共模和差模的路徑如圖四所示 
 
共模的雷擊對策:
共模雷擊能量泄放路徑,(參考圖四綠線) ,首先考慮跨初、次級會因安全距離不足而造成其雷擊跳火或組件損壞的路徑有那些?(變壓器/光耦合器/Y-Cap)針對這三個組件選擇與設計參考如下: 
1.變壓器: 因變壓器橫跨于初、次級組件, 依照工作電壓有不同的安規距離要求, 一般采用Class B 的等級, 零件本身初次級需通過Hi-POT 3000Vac , 需特別注意腳距離與鐵心的距離以及繞組每層膠帶數量是否符合絕緣強度。 
2.光耦合器: 組件本身的距離需符合安規的要求, layout 時零件下方不可有Trace 避免距離不足的問題。 
3.Y-Cap: 本身的特性是高頻低阻抗的組件,當共模雷擊測試時,能量會快速通過Y-Cap所擺放的路徑, 因此layout布局時半導體組件(PWM IC , TL431, OP…) GND trace應避開Y Cap雷擊能量泄放路徑, 以避免成零件的損壞 


差模的雷擊對策:
雷擊能量流經的路徑主要在橋式整流器前的L和N回路, 主要對策如下: Varistor (MOV)或 Spark Gap(雷擊管)等組件吸收并抑制能量流入電源內部。 
1. Thermistor (NTC):串接于L or N的路徑上,會增加回路的阻抗值,進而降低進入電源的電流能量。 
2.MOV（Metal Oxide Varistor ):金屬氧化物或突波吸收器, 使用上并聯于L和N上, 組件本身為一個高阻抗的組件,在一般的情形下并不會有損耗產生,只有稍許的漏電流,當瞬間的雷擊高電位進入電源輸入端且超過MOV的崩潰電壓,此時產生抑制電壓的動作,而讓瞬間上升電流流經MOV本身進行能量吸收,降低雷擊的能量進入電源本身。 
3.Spark Gap or Gas Discharge Tube: 使用上并聯于共模電感同一次側的兩端,針對雷擊所產生的動作保護原理當瞬間的高電位在共模電感兩端超過其額定的電壓時會激發惰性氣體, 此時Spark Gap會產生電弧放電,將突波的能量抑制下來,不讓大量的能量進入電源。
4.在layout上規劃出鋸齒狀的銅箔形式,兩端距離約1mm,當共模電感兩端的壓差太大時,產生尖端放電的現象,將能量進而宣泄。 


除了上述設計上所應注意的地方之外, Layout上如何達到對電擊的防護亦是重要一環：
1. 地線(Ground)的處理,如圖五所示 
A. 一次側的部分，Ground 的layout順序：大電容的Ground→Current sensor→Y-Cap→一次側變壓器輔助繞組Vcc 電容的Ground→PWM IC 外圍組件的ground →PWM IC 的ground 。
B. 二次側的部分: TL431的地接至第二級輸出電容的地。 
C. 二次側Y-cap 的出腳接至二次側變壓器的ground 。

2. 正端高壓部分的處理, 如圖六所示。 
  A. L,N 兩線距離2.5mm 以上及與E 的距離在4mm 以上。 
  B. 高壓的銅箔與低壓的銅箔安全距離在1.5mm 以上。 
  C. 一、二次側的距離在6mm 以上。 

圖六 正端高壓部分的處理方式