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BUCK电路实例中探讨电感、MOS管功耗及疑惑

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yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-8 14:22:07
输入输出参数描述:
现做一BUCK电路LED驱动,36V输入,28V输出,恒流3.6A,电感采用黄白环100uH,线径1mm2,尺寸:外径21mm,内径12mm,宽6mm;采用2个MOS管,1个用于500HZPWM调光控制,另一个用于恒流调制,MOS都采用16N05,MOS驱动波形很漂亮,Fsw = 125KHZ,Tr约等于40ns ,Tf约等于50ns,Rds = 0.047欧姆.

出现问题:
电感慢慢发热,直至非常烫手,在PWM调光占空比较低时电感有啸叫声,用作调制的MOS管也是慢慢发热,直至非常烫手;

问题考虑:
电感线径的铜损不可能这么大,那就是磁芯的铁损,磁滞损耗应该是主要原因,也有实验为证.换用工型电感100uH,黄白环33uH电感实验,黄白环100uH电感发热速度较工型电感快,33uH电感更快,因为黄白环磁滞曲线更宽,33uH电感时电流纹波更大.
MOS管的导通电阻较小,导通功耗就按占空比100%计算有0.6W,而开关损耗估算有0.8W,共1.4W,热阻在最差条件下为100W/摄氏度,MOS温度高可以理解.

疑惑:
125KHz时MOS管就有这么大功耗,造成这么大温升,那么BUCK是不是不适合较高频率的控制呢?MOS管的功耗在不改变电路拓扑的情况下用什么方法能够
降下去呢?这样长时间高温工作可靠性应该很差吧?
电感的温升正常吗?才125KHz就这样了,那么这些黄白环和工型电感不适合100KHz以上的使用吗?电感在这种高温下工作可靠性又会怎样呢?500Hz的调光频率造成的啸叫吗,这个频率才在人耳听觉范围,那占空比大时怎么没有呢?改进的最好方式是什么呢?

mknj
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助理工程师
  • 2009-12-8 14:45:01
 
我建议用铁硅铝材料的电感试验下,你的电感应该是饱和了,导致电流过大
xzszrs
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高级工程师
  • 2009-12-8 14:55:51
 
我觉得,你的电感常温下电感量是够的,只是随着温度的升高就小了,电感不足,电感电流就不连续,MOS也跟着热。换大点的工字电感磁芯,加大电感量试下。
蒋江黔
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  • 2009-12-8 15:14:59
 
125K的穿透深度在60度时约0.2mm, 你用1mm的线,高频电流沿表面走,可利用导线截面积的60%,但高频分量只占总电流的13%,因此电密是合理的,排除铜损过大的可能;
100uH的电流纹波系数为0.13, 临界电感量12.8uH, 个人觉得56~120uH算正常,要看电感有没有饱合,你可以在输出滤波电容与输入地之间,串入一个10mohm的无感电阻,看一下电流波形的斜率在开关导通过程中是否有突变即可叛断;
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-8 17:30:32
 
拓扑如下所示:

下午测试了5个小时,整体没有出现异常!当测试驱动波形时发现上升沿的那个小平台没有了,而成了小段振铃;测试上图中Rsense的波形,在MOS管导通时出现了一小段下降,然后才是电感的充电上升,没有出现上翘的现象。
xkw1cn
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  • 2009-12-8 21:45:47
 
首先;着个FET有问题;它的寄生二极管反向恢复太差了,赶紧换。
其次;工子电感不适合在这里做电感;它的磁场泄漏太厉害了,干扰了系统的稳定,还在漆包线上;引起涡流损耗。建议用环或EE、EI等磁芯做电感。
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-8 23:46:02
 
MOS有问题,寄生二极管反向恢复太差?麻烦详细解释下!用黄白环也做了实验,同样是发烫,系统都还是能正常工作的呀!一般工型电感的磁芯磁滞性要比黄白环好些吧!
xkw1cn
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  • 2009-12-9 20:25:08
 
自己分析一下续流过程哈.
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-11 10:18:14
 
还望兄台给分析下这个过程,为什么会想到那个二极管的恢复性差呢?多多感谢呀!
xkw1cn
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  • 2009-12-11 22:39:58
 
把每个开关过程的电流路径绘出就明白了.
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-12 11:34:39
 

开关Qs导通时,电流流向如红色线条所示;Qs关断时即续流时,电流如蓝色线条所示;可是与Qs的体二极管的恢复性有何关系呢?
xkw1cn
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  • 2009-12-12 20:31:11
 
因为你遗漏了两个过程,所以;你觉得没关系。
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-14 10:05:33
 
大哥,你就跟俺解释下吧!遗漏了哪些过程,这些过程需要怎样考虑?小弟虚心学习了,谢谢了!
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-14 11:33:25
 
查看了一下二极管反向恢复时间的影响,稍微理解了您的意思!二极管由正向导通转为反向承受电压时并不是立即截止,而是有一段大电流的恢复时间,可能这个时间会大大增加MOS的功耗,而改进的方法就只有换MOS了。但是在这个案例中体二极管一直为反向受压,反向恢复时间的影响应该是几乎没有的。但是您说我遗漏了两个过程,这才一个,另一个还望你再指点一下!
xkw1cn
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  • 2009-12-14 21:45:01
 
一个周期里;有两个死区时间;即高低边FET同时关闭时;电流都流过FET的寄生二极管。这两个做成被遗漏了。
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-14 23:15:52
 
大哥,你可能是当做同步整流了吧,这里不是同步整流的啊!上边那个MOS管的开关频率只是500Hz,用作对电流进行PWM斩波的,下边的那个MOS才是用作开关调节的!
xkw1cn
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  • 2009-12-15 22:21:29
 
不好意思;是有问题。这电路设计非常奇怪;单个FET已经可以非常好的做500HZPWM控制的125K恒流控制;为啥要用两个FET?
你现在用的管子太慢了;建议用肖特基试试。
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-16 14:28:53
  • 倒数10
 
另外一个是用于PWM调光的;肖特基?我的二极管可是已经是肖特基了!
xkw1cn
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  • 2009-12-16 15:17:29
  • 倒数9
 
125nS?
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-16 23:35:59
  • 倒数8
 
不,125ns是那个MOS管的体二极管的最大恢复时间!
tanknet
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高级工程师
  • 2009-12-10 03:07:17
 
你先把下管换成肖特基,或者并联一个大肖特基试试还有没有发热大的问题.
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-11 10:13:39
 
是说Qs吗?我用的那个二极管就是肖特基的,电流电压的裕量也都很大的!
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2009-12-11 10:16:41
 
噢,您的意思是在MOS管两端再并联一只二极管啊,好的,我试试!
yangfeng_2008
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LV2
本网技师
  • 2010-1-25 08:59:44
  • 倒数7
 
前段时间项目催得紧,做了几套样机,但发热的问题仍然没有解决,心里觉得不踏实!期待大家的建议!
st.you
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总工程师
  • 2010-1-25 11:17:33
  • 倒数6
 
管子热就看驱动和时序有没有不足或瞬间短路现象
电感热,只有换个大号的试试了,要么就环材料。
ctus220
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高级工程师
  • 2010-1-30 10:39:58
  • 倒数5
 
楼主你现在问题解决了吗?是怎么解决的?
yangfeng_2008
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本网技师
  • 2010-2-1 23:04:09
  • 倒数4
 
由于手头的样机全部被客户拿走了,没办法继续调试了!等过一阵子,样机再转回来时,有改进了再告知各位!
jinlai
  • jinlai
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高级工程师
  • 2010-2-26 10:39:14
  • 倒数3
 
兄弟方便的话,等您公布我好跟着学习呢 先谢谢了。
jimmy
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版主
  • 2010-2-26 12:38:17
  • 倒数2
 
做个记号
33121
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最新回复
  • 2011-10-11 21:24:50
  • 倒数1
 
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