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原创 第十期概念组

单级PFC电源浪涌设计分享

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转身单打
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LV3
助理工程师
  • 2018-11-14 17:38:38
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面投上你宝贵的一票吧!
SJ-MOS的低Rds(on)、低温升,越来越受到电源工程师的喜爱。
用过SJ-MOS的同志可能比较清楚,它的抗浪涌能力要差一些。尤其是在单极PFC-LED电源上。

本帖将详细分析浪涌失效机理和怎么样高效提高浪涌能力。

小编:下图作为活动页面展示用,楼主可以自行调换,谢谢。
155348x3x7cm7rr77svuce.png.thumb.jpg
nc965
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版主
  • 2018-11-14 21:30:28
 
顶,,,
靖哥哥
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高级工程师
  • 2018-11-15 11:13:59
 
坐等楼主更新!
转身单打
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LV3
助理工程师
  • 2018-11-15 16:36:07
 
首先介绍一下什么是浪涌。浪涌一般是在开关瞬态或者雷电瞬态过程中产生的。

浪涌测试的官方叫法是“浪涌(冲击)抗扰度实验”;
测试标准参考IEC61000-4-5,或者GB/T 17626.5;该标准里面有详细阐述了有关浪涌的知识。

我们在测电源浪涌时,由浪涌发生器输出的波形是一种组合波:1.2/50us电压波(开路电压)和8/20us电流波(短路电流),发生器的等效阻抗是2欧姆,用开路电压峰值除以短路电流峰值就是该等效阻抗。具体波形参考下面两图:
1.2/50us开路电压波,1.2us是波形的上升时间,具体指波形从10%上升到90%所用的时间,50us是半峰值时间,具体指波形上升至50%到波形下降至50%的时间,用示波器测量设备的开路波形就是这样的。
浪涌开路电压.png
8/20us短路电流波,8us是波形的上升时间,20us是半峰值时间,具体定义同上,将设备的输出端短路,测试短路电流就是这样的波形。
浪涌短路电流.png
这几个时间及开路电压峰值、短路电流的误差见下表:
误差.png 电压电流误差.png
由表可见,该试验标准规定的误差还是比较大的,打浪涌曾经有这样的经历:一个EUT在自己的实验室打浪涌过了,但在别人家实验室,同等级的浪涌就是过不了,浪涌设备还是同一个厂家的,很奇怪,
最后对比两个设备的波形发现,一个偏上限,一个偏下限,都没有超出标准范围。其实标准范围大了,方便了造设备的。

今天刚给一个LED电源打完4kV浪涌,附上4kV浪涌时,MOS管的波形,供参观,下次再见:

4kv 浪涌波形

4kv 浪涌波形
  
CH1-深蓝色-VGS波形,
CH2-浅蓝色-VDS波形,最大816V,
CH3-紫色-IDS波形,最大10.4A,
CH4-绿色-L线电流波形,最大800A。





wangdongchun
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副总工程师
  • 2018-11-15 20:53:28
 
楼主说的不错   围观一下
bake_ql
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LV6
高级工程师
  • 2018-11-19 21:04:52
  • 倒数10
 
通常要至少加10% tolerance;
测试设备之间差异+/-10% 都是正常的,因此,10% 的tolerance都是很小的,20% tolerance才是可靠的;
转身单打
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LV3
助理工程师
  • 2018-11-21 10:51:22
  • 倒数9
 
是的
转身单打
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LV3
助理工程师
  • 2018-11-21 11:34:45
  • 倒数8
 
LED电源-单级PFC结构,由于没有大电解,在打浪涌时,浪涌能量很容易传递到功率MOS上。浪涌对MOS管的冲击失效一般有两种失效模式:
1-浪涌引起MOSFET 电流应力超过额定值,导致失效;
根据伏秒平衡定律,反激开关电源变压器电感:

公式1 L

公式1  L
       公式1
其中Von=Vin,D为占空比,r=0.3-0.5,fsw指开关频率,IL是电感电流。Von一般最大277Vac或者300Vac,但是在浪涌脉冲测试时,由于母线电压突然升高,超过设计输入电压最高值1.2倍或者更多,变压器电感会迅速出现饱和。下图1中紫色电流在开关周期后阶段出现饱和迹象,MOSFET电流应力迅速上升达到7.32A。在正常开关周期,MOSFET IDS=3A。器件在高电流、高电压应力发生雪崩,MOSFET失效,表现为短路,引起开关电源输入端保险丝,整流桥和驱动IC失效。

图1 浪涌失效

图1 浪涌失效
           

图2 浪涌失效

图2 浪涌失效
图1浪涌测试 紫色MOSFET IDS 黄色是VDS                                           图2浪涌测试 紫色VDS电压 ,蓝色是IDS
   SJ-MOSFET 0.3Ω/700V                                                                      10A80E VD-MOSFET EAS=454mJ
2-浪涌引起MOSFET 电压应力超过极限值,导致失效
开关电源在浪涌测试时,由于前端浪涌吸收器件(压敏电阻等)规格参数偏小导致母线电压迅速爬升,进而导致MOSFET电压应力迅速超过额定电压1.1-1.2倍,MOSFET器件会迅速进入雪崩,IDS电流瞬间变大,导致器件功耗急剧增加,巨大的功耗转换为温升超过芯片极限温度而引起失效。如图2所示,60W 单级PFC LED电源, 1.5KV 差模浪涌测试失效波形。结合图3更准确说明此类问题,图3所示黄色曲线电压低于680V时,MOSFET处在关断状态,IDS几乎等于0;一旦超过680V,MOS管反向击穿,电压被嵌位,IDS电压迅速爬升,最终器件由于热量失控而导致失效。

图3

图3
                           

图4

图4
               图316N65A VD-MOSFET EAS=1000mJ                                              图416N65A 规格书极限参数 EAS=1000mJ

               黄色线是MOSFETVDS电压,蓝色是IDS
浪涌失效瞬间,MOSFET短路,随后继续流过大电流,烧毁其他器件,尤其是采样电阻最易烧坏,再烧断保险司或者其他线路,使电源与输入断开。
一般都是芯片被严重烧伤,见下图。

图5

图5
         

图6

图6
              图5 浪涌失效芯片外观                                                   图6 浪涌失效芯片外观
这次就写这么多,写得不好,望多多指教,下次分享如何提高电源的防浪涌等级







and3518
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初级工程师
  • 2018-11-21 15:53:01
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学习了,期待更新
wangdongchun
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副总工程师
  • 2018-11-21 21:17:05
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转身单打
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  • 2018-11-22 22:18:36
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支持了
nc965
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  • 2018-11-23 10:31:06
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请教:打浪涌过了,这话什么意思?标准术语是怎么描述的?怎么才算“过了
转身单打
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助理工程师
  • 2018-12-4 09:40:00
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“过了”的意思是打完一个浪涌电压后,电源没有出现失效,还能继续稳定的工作。谢谢。
nc965
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  • 2018-12-4 10:56:01
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这里面有些歧义:
1、打完一个浪涌电压后,电源没有出现失效,还能继续稳定的工作。但某些绝缘可能下降,再打一个浪涌电压后,就不能工作了。
2、打完一个浪涌电压后,保险丝熔断,电源本身并没有失效,只要更换保险丝,还能继续稳定的工作。
3、在线打浪涌(有没有这种操作?)有五种情况:a)输出不中断和波动,b)输出中断或波动,浪涌结束后恢复,c)输出中断,需要重新上电才能恢复,d)仅保险损坏,e)电源失效。

heyufeng318
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助理工程师
最新回复
  • 2018-12-8 15:37:00
  • 倒数1
 
请问单级PFC和普通的PFC有什么区别呢?
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