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未解决

求助:PFC MOS管驱动波形振荡严重,驱动芯片烧毁

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Fancysun2018
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LV6
高级工程师
  • 2020-3-23 17:17:34
10问答币
小弟正在做一个800W的PFC,开关频率300KHz,输出电压400V,输入交流220V。PFC的开关管用的是Infineon的IPB60R099CPA,Boost升压二极管用的也是Infineon的650V的SiC-肖特基二极管,PFC电感560uH。MOSFET的驱动芯片用的是TI的UC27511A。

现在的问题是:上电后,MOSFET的驱动信号振荡的很厉害,见下图所示:
波形图.png
其中,绿色波形为MOS管D极对地的电压波形,黄色波形为MOS管的栅极驱动波形。

现在还只是作为Boost电路,去调占空比,调试过程中发现,占空比开大了之后还会导致驱动芯片烧毁(300KHz开了800ns),导致我现在占空比跳不上去,功率达不到要求。

想请教各位有经验的大侠:

(1)怎样消除MOSFET驱动信号的这中高频振荡?

(2)驱动芯片老是烧毁,是不是这个振荡引起的?还是电路中其他的地方有什么问题?


nc965
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版主
  • 2020-3-23 17:55:50
 
估计你的PCB比较烂
Fancysun2018
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LV6
高级工程师
  • 2020-3-23 18:00:07
 
嗯,确实,我们现在是原型验证,PCB布线赶出来的。除了PCB,从其他地方还可以补救或改进不?
nc965
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版主
  • 2020-3-23 18:16:57
 
看波形你这个是软关断,你用硬开关先看看。
xkw1cn
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版主
  • 2020-3-23 22:01:38
 
说了半天;就缺了唯一重点!距离那!!!!!驱动器离MOSFET多远?
原理再完美,也只有20%不到的权重!
这堆文字没一个在点上!
划重点!
以后;所有高频玩意都得带上PCB图!
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-24 00:13:50
 
楼主好!
1、图中黄色信号不一定真实,检查探头测试方法,尽可能消除了干扰信号。
2、最不应该烧掉驱动芯片,检查驱动芯片电压是否稳定?



///////////////////////////////////////////////
这个设计是否是一个CCM模式PFC ?如果不是,那560uH电感就是最大问题,如果是CCM模式,请看下面!!
在设计上的问题
1、工作频率 ?为何选300K ?目前常用芯片有65K,100K,133K。
2、如何设计PFC电感? 功率管的选择?以及功率管的驱动 ?

300K CCM PFC注定是一个大的挑战,PFC电感560uH ? 过大的电感不但会增加铜损,由于绕线较多产生的寄生电容也就越大。
带来的附加损耗也就越多,对比65K的频率,300K将会带来多达4.6倍的开关损耗,而CCM模式要命的是硬开关????

从波形看驱动与功率管参数并不匹配,功率MOS的选型及驱动电路的设计可能需要重新考虑。



Fancysun2018
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LV6
高级工程师
  • 2020-3-24 17:17:08
 
您好,感谢您的详细回复。我确实是做CCM模式的PFC,300KHZ频率是老板定的,说是为了减小电感,目前是800W,以后要做6KW。降频的话我下来试试。

这两天我在Boost二极管还有MOSFET上去并RC吸收电路,有一定的效果,振荡减小了很多,但是,上升沿过后有个巨大的尖刺始终消不掉,功率越大其峰峰值就越大。详见下图:

尖刺波形.PNG

我估计烧芯片的,应该是这个尖刺。而它对应的应该是Boost二极管的反向恢复电流,大家觉得是不是这样的呢?如果真是这样,那么这个问题又该怎么解决呢?
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-24 17:49:34
 
楼主好!
SiC二极管是没有反向恢复时间的,也是CCM模式PFC首选择二极管

300K是为减小电感,可电感量还是太大。

顺便问下楼主是采用单周期算法还是平均电流算法?谢谢!!!
Fancysun2018
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LV6
高级工程师
  • 2020-3-24 18:59:39
 
哦,那您知道这个尖刺波形是怎么来的不?
我打算用平均电流法控制。
BingSun
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LV10
总工程师
  • 2020-3-24 21:09:08
 
也许由于Ciss太大,驱动电阻太小,结果振荡了。
blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-25 13:32:10
 
相同R和L,Ciss 是大容易震荡?还是小容易震荡?
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-25 15:47:30
 
都容易,在一定条件下可能产生更大的振荡。
blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-26 17:36:27
 
我的意思是:其它条件假设一样,CISS 大 or 小,谁更容易发生震荡 ?? (说点干货啊
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-26 17:54:40
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大师好!
Ciss 无认大小都会振荡,由于回路中的R会吸收振荡能量,所以Ciss小时振荡频率高,振荡能量小,并且会被快速吸收了。
Ciss 大振荡频率低,振荡能量也大,所以同样的回路吸收就没那么快。

所以像楼主那个波形图,就是R太小,CiSS太大。
把R加大会影响驱动效果,所以还需考虑驱动回路中的寄生电感。

一起交流学习,不对的地方请指点,谢谢!!!
blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-27 11:01:23
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不敢哈 ~
串联谐振,Ciss 越大,特征阻抗越小。
相同条件下,Ciss 越小,更容易震荡 ~
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-27 12:08:41
  • 倒数6
 
我做了一个简单仿真
楼主用的MOS,Ciss 标称2800pF
2020-03-27_11-58-42.jpg
2020-03-27_12-02-00.jpg
实际工作受MOS参数及电路参数影响,但这个驱动分析还是有一定意义。
从上图看与楼主波形就有些相似了。

2020-03-27_11-54-08.jpg
2020-03-27_11-55-32.jpg

把驱动电阻加大,效果还是不错的。

一起交流进步,不对的地方请指点,谢谢!!!


blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-28 08:33:25
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呵呵,你说的估计大家都明白哈。
我不是问你改变电阻。而是电阻和电感都固定,改变电容!,电容大的和电容小的,谁更容易震荡?
你用参数扫描 {c} . ( step 10nf 100nf 1000nf 10uf ...)
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-28 11:26:39
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大师好!
昨天试过了,一样的会,改小后频率会变高。
blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-28 11:46:48
  • 倒数3
 
不是大师哈 ~
我想表达的是:在电阻 和电感保持不变的前提下:1uf如能震荡,0.1u就一定能震荡。 反之,则不然。
思考下:为什么?
通常人们说的因为MOS 的Ciss 导致驱动震荡,其实不是这样的 !
blueskyy
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总工程师
  • 2020-3-27 11:05:23
  • 倒数8
 
他这是驱动信号,哪来的吸收回路啊 ?
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-27 11:27:49
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回路中的串联电阻就起到吸收能量的作用。
如果电阻较大,那根本就振不了,但不能满足驱动要求。
ygssds
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我感觉C越大  越不容易震荡
BingSun
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总工程师
  • 2020-3-24 17:55:08
 
驱动芯片烧坏有可能是因为驱动电阻过小导致芯片发热,可以尝试将驱动电阻改大点试试。
Fancysun2018
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高级工程师
  • 2020-3-24 19:03:04
 
是的,减小驱动电阻肯定可以减小驱动电流。
但是驱动信号的波形可能就很难看了,上升下降都很缓慢,并且时间太长的话开通损耗也大。另外MOS管的节电容好几个nF,迫使驱动电阻不能太大。

BingSun
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总工程师
  • 2020-3-24 21:07:39
 
对于驱动来说,工作在100K与300K肯定是带来3倍的损耗,可能导致驱动芯片发热损坏。
所以要么改进驱动,要么换掉功率MOS,选择Ciss较小的功率MOS。
Fancysun2018
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高级工程师
  • 2020-3-24 23:01:17
 
这个关系我知道,但是我调试的时候,不上电驱动芯片一致工作输出驱动信号时,芯片不会发热,也不会烧坏,一上电要不了多久就少了。感觉驱动芯片烧坏还是跟上电有点关系。不知道是不是这样,如果是的话我目前也不知道如何下手排查。哎。。。

明天我试试降低开关频率,同时增大驱动电阻试试看。
BingSun
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  • 2020-3-25 11:22:19
 
肯定是有关联的,从驱动波形那个小平台就可以看出来了。
驱动电压太高了,驱动电压降低一半,驱动损耗将降低4倍,所以把驱动电压降到6-7V应该很有意义。

平均电流控制方法是什么实现的?也是通过比较器控制峰值电流吗? 若直接采用峰值电流模式是不是更简单些?
wjhld
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Cholosky
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楼主,可有进展更新?后期如何解决的呢?
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