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请教各位大佬:UCC28019 电感电流波形中间凹陷(异常)

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HOM0225
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  • 2023-11-27 18:09:35
10问答币
制作的158W的PFC boost电路,使用UCC28019,ccm模式。输入85~265Vac,输出395V。电感为800uH。现象:
1、@230Vac时,半载和满载效率有96%,但PF值只有0.96和0.98。
2、电感电流波形,在230Vac输出0.28A时,电感电流波形出现异常(Vgs驱动也对应间歇性发波)。到0.4A时,电感电流中间峰值高且明显。

疑问:一、是什么原因导致电感电流波形最大值处,Vgs间歇发波?二、电感电流波形不太像CCM模式那种(正弦形,稍微扁一点的)电流波形



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原理图
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nc965
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  • 2023-11-27 21:08:55
 
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  • 2023-11-28 10:50:03
 
1.看完帖子,确实现在放的电感量比计算值小。
2.发现跟手册计算公式呼应了。
设△Ipk-pk=Ku=δ=0.4;VacLL=Vin/2^0.5=85V
Icoil(max)=Ik=(1+Ku/2)*Pfc*Po/(Vin*η)
                   =2^0.5*Po/(η*VacLL)*(1+δ/2)
                   =2^0.5*158/(0.92*85)*(1+0.4/2)
                   =3.46A
L=Ton*Vin/△I=(1-Vin/Vout)*Vin*(1+Ku/2)/(Ku*fsw*Ik)
                    =(1-2^0.5*VacLL/Vout)*η*VacLL^2/(δ*fsw*Po)

                    =(1-2^0.5*85/395)*0.92*85^2/(0.4*65kHz*158)
                    =1126uH
3.那么实际800uH确实比计算1126uH小。

想问下:
①感量取小,会导致高输入电压(比如230V,265V)时的电感饱和,进而电感波形变形?

nc965
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  • 2023-11-28 11:08:30
 
电感大小不仅仅看容量,还要看体积和磁材。比如0805贴片电感也有800uH的。
电感要靠算,包括:电感量要靠算、磁芯要靠算、匝数要靠算,你只算了不到一半
Ik = Iin+ΔI/2 = (1+Ku/2)PfcPout/Vin/η=(1+2/2)*2*158W/120V/96%=5.85A
L = TonVin/ΔI = (1-Vin/vout)Vin(1+Ku/2)/Ku/F/Ik=(1-120/410)*120*2/2/65KHz/5.85A=223uH


HOM0225
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  • 2023-11-28 11:22:59
 
1.感觉到了,变压器参数也不对劲,变压器是板上已有的,没去验算具体参数(本来以为就感量小了)
2.电感用的是ATQ3218,Ae=160mm2,铁氧体。B取0.25T,电流密度取大了。
3.按800μH来说,Np取70匝,可以。根据电流密度J=9才有30股0.1。莫非电流密度裕量不够,才导致的饱和?

HOM0225
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  • 2023-11-28 11:39:00
 
Ik = Iin+ΔI/2 = (1+Ku/2)PfcPout/Vin/η=(1+2Ku/2)*2Pfc*158W/85V/96%=7.75A

1.《关于PFC电感设计》帖子里提到Vin = 176*√2-VDB = 248.9V - 1.9V = 247V ,我理解成Vin=85*√2
2.Ku的话,Ucc28019是CCM模式,按了0.4来算,确实Ik差不多3.428A,上面算的3.46A(含了0.99的PF值)


nc965
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  • 2023-11-28 13:25:18
 
1、85V*√2=120V
2、85V时Ku=2,意思全程CCM,170V时Ku=1,220V时Ku=0.77,275V时Ku=0.62,最省铜磁
3、PFC电感一般磁环做,不易饱和,铁氧体做磁密要低于0.3T才安全,体积大一些。
4、载流由窗口确定,2.46A/mm2载流偏小,说明PQ3220偏大,允许你减少Ku、或者减少磁芯



小到PQ2625也行

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HOM0225
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  • 2023-11-28 16:20:43
 
好吧,我再想想。实在不行的话,我尝试下换个变压器。
0.但还是用铁氧体做电感。
1.Ku=2,暂时理解不了;目前理解成在输入电压波形峰值处的纹波峰峰值,然后来取0.4;损耗后面能工作再改进吧
2.6楼的公式中Ik=5.85A,按Ku=2,按计算器输出只有5.48A;
并且L中公式里需要修改:L = TonVin/ΔI = (1-Vin/vout)Vin(1+Ku/2)/Ku/F/Ik=(1-120/410)*120*4/2/65KHz/5.85A=223uH,可能会在446uH附近。
但是跟1126uH之于800uH调整方向相反(会去尝试增大和减小电感量的)
3.现在调整方向主要有:
①我怀疑电感量不对,导致工作波形(模式)不对?
②辅助开关电源供电VCC来的波形有噪声,在输入电压越高影响越大?(结合7楼波形,昨天测了个波形没这么多毛刺的(放图,今天重现不了
③针对②,我老觉得地线铺的不好,有较大的面积的gnd敷铜,且直连RSENSE处,而不是接Uo的GND。(这个修改的优先级较为靠后)
④或许修改芯片外围参数就能解决?







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14 干扰较少的电感电流波形.png
nc965
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  • 2023-11-28 17:00:16
 
0、Ku=2,只是最省,可以省成PQ2625,你不想省就用PQ3220减少截面增加载流多绕几匝就能把85V的Ku往0.4去做。
1、对,电流只有5.49A
2、电感量计算公式依据电感充电公式推导无误,你多算了一倍
占空比 Du = (1-120V/410V) = 0.7073
Ton = Du/F = 10.882uS,
L = TonVin/ΔI = 10.882uS*120V/5.49A = 238uH
电感绕组不变:


3、当前电感是够的,改成1126uH反而饱和了,其中载流密度并不影响工况,是其他原因

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  • 2023-11-29 09:52:33
 
1、确实算多了一倍,(1+Ku/2)=(1+2/2)=2,前面我算成了4,算错了。
2、按电感充放电来说,LΔI= TonVin,Ton=D/F输入输出电压不变时Ton不变,Vin也不变。
①可以看成,L增大的话,ΔI减小,在往Ku从2趋近于0.4的方向在做?(此时假设负载一样的话,IL=Io/(1-D))
②接着①讨论,为啥是电感量大会饱和?
那匝数Np=LI/Ae/ΔB,匝数随电感减小而减小外,匝数没别的作用了?
nc965
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  • 2023-11-29 11:32:59
 
感量增加确实会降低Ku,但与电流降低不成比例,因此会饱和
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  • 2023-11-29 21:00:06
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可以问下:PFC电感假如快要饱和,会有什么现象?是电感电流波形中间凹进去,还是PF值下降?
nc965
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  • 2023-11-29 21:25:23
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电流飙上去
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  • 2023-11-30 17:33:55
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暂时还没见识过。
nc965
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  • 2023-11-30 21:00:03
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你现在就是
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  • 2023-11-30 21:18:18
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但是低压满载时时正常的呀,理解不了。按理说230Vac电流没90Vac大,能具体举个饱和的图吗?谢谢你了。
nc965
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  • 2023-12-1 11:49:53
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1楼除了图1其他都是(饱和的图),不然也不会叫你核算电感了
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  • 2023-11-30 23:24:35
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很大可能是电感饱和,换了个芯片,也是ccm的,测出来一样的波形。就是不知:为啥输入电压大时反而先饱和?

nc965
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  • 2023-12-1 11:45:59
  • 倒数2
 
Toff 被电路干扰耽误(时间)了、或者GATE被(母线尖峰电压或者MOS的Crss)弥勒了没有关断、甚至VCC被工频了
HOM0225
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  • 2023-11-28 11:12:51
 
从90Vac-120Vac-150Vac-180Vac-210Vac-230Vac-265Vac输入电压逐步增大过程中(保持0.4A不变),电感电流波形从贴近正弦波弧度,到逐渐变形(像BCM那种纹波比为2那种),再到中间凹陷且有尖峰。
图在测,测完上传。

测完了,其中ch1为VCC,ch2为VINS,ch3为Vgs,ch4为电感电流波形。

7、90Vac 0.4A.png (47.18 KB, 下载次数: 8)

90Vac,满载0.4A

90Vac,满载0.4A

8、124Vac 0.4A.png (40.85 KB, 下载次数: 11)

124Vac,0.4A

124Vac,0.4A

9、150Vac 0.4A.png (34.47 KB, 下载次数: 5)

150Vac,0.4A

150Vac,0.4A

10、180Vac 0.4A.png (37.92 KB, 下载次数: 11)

180Vac,0.4A

180Vac,0.4A

12、230Vac 0.4A.png (41.97 KB, 下载次数: 6)

230Vac,0.4A

230Vac,0.4A
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  • 2023-11-29 20:40:50
 
这两天的改动:
1、将驱动电阻从5.1改120,驱动Vgs信号以及电流信号的尖刺没了,如图①。
2、ISENSE引脚的C3,检查到实际焊的是1uF,重新焊回1nF后,PF值有所改善但达不到0.99,中间还有凹陷但尖峰没了,如图②。
3、针对2中PF值,对于不同输入波形有如下现象:
输入电压       半载PF      满载PF
1)90Vac下       0.996        0.998
2)180Vac下     0.977        0.994
3)230Vac下     0.953        0.986
4)265Vac下     0.928        0.977
即:输入电压低时,全载都可以有0.99PF;输入电压高时,PF值只有0.97/0.98,满载较半载有改善。

图1.1.png (250.32 KB, 下载次数: 8)

图①尖刺没了

图①尖刺没了

图1.2.png (326.7 KB, 下载次数: 10)

图1.2.png

图2.1.png (257.08 KB, 下载次数: 7)

图②尖峰没了,但PF值还需提高

图②尖峰没了,但PF值还需提高

图2.2.png (268.14 KB, 下载次数: 13)

图2.2.png

图2.3.png (165.22 KB, 下载次数: 7)

图2.3.png
nc965
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  • 2023-11-29 21:21:56
  • 倒数9
 
你波形还不正常,还不能谈论PF,电路图、元件参数先按典型应用电路核对一下。
HOM0225
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  • 2023-11-30 17:32:21
  • 倒数7
 
1.核对完后,TI计算表格的值焊上去。(电容全换一遍)2.输入电容原来焊的是0.47uF,后面测的时候我改成0.47uF//0.47uF,现在又换成0.1uF(0.1uF可以使230Vac的PF情况向着180Vac(稍好状态)改善),随后我尝试0.047uF发现基本跟0.1uF保持一致了。
@230Vac
输入电容              25%载       半载PF      75%载     满载PF
1)1uF                    0.864         0.952        0.975       0.986     |
2)0.47//0.47uF      0.864         0.953        0.975       0.986     |10和2)差不多
3)0.1uF                 0.959         0.982        0.989        0.994    |
4)0.047uF             0.959         0.982        0.989        0.994    |3)和4)差不多

3.突然想到个问题,波形或者说PF值,
①在Uin大时(比如230Vac中间峰值左右,波形不正常)====>D=(Uo-Uin)/Uo,Uin大则D小
②在230Vac/265Vac输入下,轻载波形PF值低且波形不正常,满载反而可以PF=0.994  ====>UonTon=LI,同Uin下,IL=Io/(1-D),Io小则Ton小,D小

那么是因为占空比低导致驱动波形不正常,进而电感电流波形不正常吗?
如果是占空比影响,该从哪里入手改善好?
hotpower
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  • 2023-11-28 09:12:31
 
65K频率,150W输出,CCM模式,这个电感800uH肯定是严重不对的。
此外,驱动电阻120R如此之大,依据何在?
HOM0225
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  • 2023-11-28 10:55:22
 
驱动电阻实际焊的值为5.1Ω//(二极管+2.2Ω),这个没更新到原理图。
120R来源于经验值,“开得慢关的快”,它的具体如何取值,还不懂。
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