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求助:为什么反激电路的开关管漏极电压Vds这么奇怪,求大神解释!!!

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chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 15:48:25
10问答币
各位大神:我用反激电路做升压,输入20V,输出100V,功率30W,频率25Khz。搭了个电路做实验。结果空载下输出滤波电容的电压很快就升到了500V,为什么这样啊!!!还有开关管漏极的电压Vds波形怎么会这样(见图1),为什么开关管还没开通漏极电压已经降到了0V,即使是工作在DCM模式,也不应该是这样啊,求大神解释!!
还有另外一点,我接上500欧的电阻负载时,电压怎么升不上去了,只有30多伏,这时的开关管波形也很奇怪(见图2)!!!

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空载波形问题: 你这儿是开环应用。 从理论上讲开环,且空载的时候,输出电压为无穷大。 而实际电路中,空载电压往往受限于耐压最低的元器件,你这儿的500V电压,肯定是有元器件被击穿了。 假如所有元器件耐压都足够高,那么也无法输出无穷大的电压,电压将受限于MOSFET的输出电容(以及分布电容)C。当MOSFET关断的时候,电感电流为Imax,其中能量为0.5Imax2L,对应的最大电容电压U满足等式:0.5U2C=0.5Imax2L。 在你这儿当然是第 ...
jimmy
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  • 2011-9-8 16:13:13
 
楼主上个原理图上来吧
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 16:28:44
 
xkw1cn
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  • 2011-9-8 23:05:57
 
看看你的管子数据表.
WANGYUREN
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总工程师
  • 2011-9-9 08:46:30
 
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 08:51:45
 
MOSFET 4N90C
•4A, 900V, RDS(on) = 4.2Ω @VGS = 10 V
• Low gate charge ( typical 17nC)
• Low Crss ( typical 5.6 pF)
• Fast switching
• 100% avalanche tested
• Improved dv/dt capability
令狐葱
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高级工程师
  • 2011-9-8 16:23:01
 
VDS波形的确好怪,中间有小关断不说,开通时间很长,输出电压那么高,是不是反馈失效了.占空比尽量达到最大,但由于源极电阻取样到VSENSE的过流保护才不致于炸管.没看到图,仅作猜测.
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 16:30:23
 
开环做的,没加闭环的,固定占空比50%。就是先试验一下变压器能不能用
令狐葱
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高级工程师
  • 2011-9-8 16:38:30
 
可从你VDS上看,你的占空比大于50%,MOS源极直接对地?是否有用上VSENSE.
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 19:20:08
 
我就是不明白这点,PWM信号明明是50%的占空比,怎么Vds在关断期间会出现这种情况,即使是DCM,也应该先降到Vin才对啊,
jimmy
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  • 2011-9-8 17:17:02
 
楼主的芯片的振荡波形是否也是中间凸起一段。反激的低压升高压,PCB布局很关键,不然很容易引入干扰
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 19:24:44
 
JIMMY能不能详细讲讲?
jimmy
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  • 2011-9-11 11:40:48
 
比如,像38XX系列这类PWM芯片,有一个CT脚,这个脚上的三角波就是PWM控制的基准波,有的应用场合下,这个基准波被干扰了,那么PWM输出的波形就会出现楼主的波形,所以我说要先确认一下,这个所谓的基准波的波形是否正常。这个完全是经验而已。
xkw1cn
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  • 2011-9-11 13:42:39
 
只要CT单线连到COM脚上,就不会有问题。
jimmy
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  • 2011-9-12 10:07:25
 
CT单线连到COM脚是啥意思?
COM是补偿用的呀,CT是振荡呀
cdzx11
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总工程师
  • 2011-9-12 14:54:26
 
根本不是干扰的问题,驱动没问题,是漏极本身变成这样的,这是正常的漏极波形。
秋风笔石
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本网技工
  • 2011-10-20 11:40:02
 
请问,如果CT引脚的波形受到影响,应如何调整?我调试的也是楼主的电路,发现CT波形受到占空比大小的影响。
xkw1cn
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版主
  • 2011-10-20 12:52:13
 
驱动脉冲被分成两个且不稳定。
秋风笔石
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LV1
本网技工
  • 2011-10-20 15:23:26
 
是这样的,我开关管工作的频率是100KHz,所以CT引脚波形的频率是200KHz,但是我发现,CT波形的三角波不是稳定的200KHz,而且随着占空比有少量的移动,请问怎样解决?
xkw1cn
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版主
  • 2011-10-20 16:22:03
 
重做下PCB;换好品牌的IC试试。
秋风笔石
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本网技工
  • 2011-10-20 16:49:07
 
可能现在重新做有点来不及,能不能调节电路参数或者其他方式解决呀?拜托啦~~我被这个问题纠结了好久了,如果要重新做,不知道如何向老师说呀~~
xkw1cn
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  • 2011-10-20 21:24:22
  • 倒数10
 
把原来的地线断开;重新飞线即可。
秋风笔石
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本网技工
  • 2011-10-20 22:03:08
  • 倒数9
 
您好,为什么要重新飞线,这个飞线接到什么地方?
xkw1cn
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版主
  • 2011-10-20 22:33:26
  • 倒数8
 
你的问题是啥?不会这都忘了?
秋风笔石
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本网技工
  • 2011-10-20 23:20:15
  • 倒数7
 

对不起,我不明白您的意思,上图是我的双管反激电路,4引脚CT波形受到影响,请问怎样飞线?谢谢~~
xkw1cn
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  • 2011-10-21 09:46:24
  • 倒数6
 
C42的接地点和5脚在一个物理位置上短接。
szsyjz
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本网技师
  • 2012-1-27 22:27:00
  • 倒数2
 
好好看看
xkw1cn
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  • 2011-9-8 17:22:26
 
反激是利用变压器储能来实现能量传递的。因此;只要是开路输出,理论上输出能达到无限高电压。所以;反激电源必须要电压反馈。
xkw1cn
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  • 2011-9-8 17:29:52
 
你的第二张图;显示你的MOSFET在关断前已经进入线性区。
由于变压器储能是遵守每周期储能和电流平方成正比。MOSFET进入线性区后,电流不再增加,所以;每周期的变压器储能也不增加。因变压器输出功率P等于每周期储能乘以频率,输出接的电阻损耗功率P=U^2/R=I^2R。输入功率被限;对固定负载;二次输出电压就定了。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 19:22:19
 
怎么才能使MOSFET在关断前不进入线性区啊?要修改那些参数?
gaohq
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副总工程师
  • 2011-9-8 21:13:43
 
需贴完整的电路图啊。
gcl533
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助理工程师
  • 2011-9-8 21:16:20
 
可能是感量不对,请问次级感量是多少?
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 21:50:48
 
1KHZ测试条件下Lp为0.37mH,Ls为9.13mH,
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-8 21:48:43
 
3楼贴的有电路图的
cdzx11
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总工程师
  • 2011-9-8 23:29:28
 
我想,这些波形都是正常的。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 08:56:30
 
cdex11 能不能详细解释一下?
我比较疑惑带负载时电压怎么升上不上去了?有没有可能是气隙的问题?
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-9-9 11:09:28
 
前一个波形说起来要复杂一些,这会儿暂且不细说了。
后者很简单:你的占空比50%,理论上输出电压为输入电压的两倍,所以输出应该是40V,那么输出30多伏不正好吗?
之所以不是接近40V,从波形看起来,你的MOSFET似乎小了一些,压降偏大。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-9 11:24:56
 
他那是一格5V,10V多压降?
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 13:53:20
 
这个管压降是不是也会影响输出电压?
xkw1cn
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  • 2011-9-9 12:30:12
 
他用的是个牛XCOOLMOS,RDSON是4.2欧!吃了不少电压!
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-9 12:35:07
 
chenshuang606
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  • 2011-9-9 13:51:10
 
这个应该和输出电压升不上去没多大关系吧?
先不考虑效率,现在只是想把输出电压升上去,
gaohq
  • gaohq
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LV8
副总工程师
  • 2011-9-9 13:54:00
 
怎么没关系呢,这就相当于一个内阻很大的电压源一样,输出电流大了,内阻上的压降就大了,输出的就小了,想想电池吧,电池用久了内阻就大了,输出电压就降低了。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 14:40:35
 
谢谢啊 好像是这个样子 但是你看第一张图,为什么在开关管导通期间管压降可以达到0V的?虽然输出空载,但是原边电流在ON时也应该是线性上升的吧,那他的管压降应该是随之增加的啊?
chenshuang606
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LV2
本网技师
  • 2011-9-9 13:47:14
 
我的变压器匝比是10:50的,输出电压怎么会是输入电压的两倍呢?还你看第二个图(此图是开关管管压降Vds波形),好像开关管没有导通一样,是怎么回事?
cdzx11
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总工程师
  • 2011-9-9 13:51:12
 
那是我看错了,还以为是Boost呢。
你的驱动电压多少伏?
你说的没错,没完全打开。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 13:54:37
 
驱动电压10V左右,
fairchild
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高级工程师
  • 2011-9-9 13:41:44
 
第一个图Vgs为低时Vds竟然降至0,莫非体二极管导通所致?
第二个图Vds似乎是随着初级电流增加而增加,但又好像不是,因为从负载端看,30V、500欧,只有2W的功率,初级电流不可能有这么大。
想想觉得许工前面说的有道理,Vds>10V,管子已经进入到饱和区了,但是为什么会进入到饱和区的呢?
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 14:33:39
 
第一个图Vgs为低时Vds竟然降至0,莫非体二极管导通所致
我疑惑的也是这点,可是这个时刻体二极管怎么导通的呢,
第二个图Vds似乎是随着初级电流增加而增加,但又好像不是,因为从负载端看,30V、500欧,只有2W的功率,初级电流不可能有这么大。
想想觉得许工前面说的有道理,Vds>10V,管子已经进入到饱和区了,但是为什么会进入到饱和区的呢?
MOSFET进入饱和区的条件是什么?
cdzx11
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总工程师
  • 2011-9-9 15:10:14
 
要明白MOSFET进入饱和区的条件,你要拿这个MOSFET的输出伏安特性图来看。
对于给定的栅极电压,当电流通过拐点,开始进入(接近)水平方向的的曲线的位置时,就开始进入饱和区了——说到底就是工作电流过大。
fairchild
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LV6
高级工程师
  • 2011-9-13 09:32:58
 
记得MOSFET的饱和条件是Vds>=Vgs-Vth,此时恰好沟道闭合。
Vds达到10V后,估计应该大于等于驱动电压减去阈值电压了。
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-9-9 15:07:29
 
空载波形问题:
你这儿是开环应用。
从理论上讲开环,且空载的时候,输出电压为无穷大。
而实际电路中,空载电压往往受限于耐压最低的元器件,你这儿的500V电压,肯定是有元器件被击穿了。
假如所有元器件耐压都足够高,那么也无法输出无穷大的电压,电压将受限于MOSFET的输出电容(以及分布电容)C。当MOSFET关断的时候,电感电流为Imax,其中能量为0.5Imax2L,对应的最大电容电压U满足等式:0.5U2C=0.5Imax2L。
在你这儿当然是第一种情况:有元器件被击穿。

波形中,第一个平顶脉冲对应的就是次级500V电压时的漏极波形。因为变压器变比为1:5,所以这个平顶得电压为500/5+20=120V。
由于这个脉冲电压的幅度很高,因为伏秒平衡的缘故,这个脉冲持续时间应该是:20/100=0.2,既约为MOSFET导通时间的1/5。

当变压器线圈储存的能量释放完毕之后,电压就无法维持了。此时MOSFET输出电容通过二极管放电,VDS下降,当VDS=Vin电感两端电压相等,电感电流达到最大值,由于电感电流不能突变,电压继续下降。
如果没有MOSFET的体二极管钳位,那么这儿将出现一个减幅振荡,反向峰值电压略小于100V。但因为MOSFET体二极管钳位,电压被固定在约-0.7V左右,由于20V的输入电压比100V的反射电压低得多,所以电压被钳位的时间比较长。
这儿的波形和通常的DCM差异很大的原因就在于反射电压远大于电源电压。
chenshuang606
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LV2
本网技师
  • 2011-9-9 15:34:40
 
你这儿的500V电压,肯定是有元器件被击穿了
我用的耐压最低的元件是输出滤波电容,难道是电容击穿了?
因为伏秒平衡的缘故,这个脉冲持续时间应该是:20/100=0.2,既约为MOSFET导通时间的1/5。
这个有点理解,但是Vds在另一段时间内为0还是不理解怎么回事?
还有给个解决方法呗


cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-9-9 15:42:12
 
你把34楼看完啊,后面有关于VDS持续处于“零”的解释。
chenshuang606
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LV2
本网技师
  • 2011-9-9 16:02:17
 
看完了啊,但是不理解!
你说的那个电感电流达到最大值,但是电感电流不能突变,电压继续下降,是指的那个电感,此时副边电感能量完全传输给滤波电容,其电流已经为零,输出二极管已经反偏截止,原边电感上的压降为零,此时Vds应该为Vin,体二极管是反并联的,怎么起到的钳位作用?
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-9-9 16:04:53
 
MOSFET的输出电容COSS放电啊。
chenshuang606
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LV2
本网技师
  • 2011-9-9 16:18:57
 
谢谢 明白了 但是怎么解决啊?
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-9-9 16:27:12
 
开环电压高不需要解决,闭环之后电压自然不会超出,波形也没问题。
带负载的能力问题,恐怕只能换晶体管了。
gaohq
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  • 2011-9-9 17:06:56
 
大侠能否解释下第一图CH1中的那个小尖脉冲?
cdzx11
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总工程师
  • 2011-9-9 17:25:32
 
这仍然是MOSFET的输出电容和变压器初级电感在主开关管、输出整流二极管都截止的情况下,互相交换能量的结果。
在34楼描述的电感电流被MOSFET寄生二极管钳位条件下,电感电流以斜率di/dt=-Uin/L下降,直到电感电流为零。在这个过程中,你可以认为能量都被电阻及二极管结压降消耗掉了,但需要注意的是,这个过程结束的时候,电容COSS两端电压为零(严格来说,是负0.7V左右)。
当电感电流为零,点感两端有电压差,电压差等于Uin(+0.7V),这将导致一个新的震荡周期,电感电流从零开始上升,然后下降。在这里,如果COSS是一个常数,那么震荡上升的电压最多能上升到2Uin。或许是由于这个电容会随电压上升而下降,所以电压能上升到更高的数值——关于这个问题,我没有仔细研究,不敢确定是否因为电容可变,导致此余弦脉冲的幅度会上升。
伊利丹-怒风
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  • 2011-9-9 20:32:59
 
楼主我没有仔细看你的图。我做过类似升压的实验是15V升100V的开环实验。
我的个人见解,开环的电压时随着负载的大小变化的,初级的电压和占空比确定后只能提供固定的能量。我当时弄的时占空比手动可调的。
正常闭环的反激在加重负载后,占空比就加大让电源进入更深度的连续后再减小占空比的。

你的VDS下陷可能是初级励磁电流过大,负载电流太小。励磁电流与变压器谐振造成的。
chenshuang606
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  • 2011-9-9 20:39:34
 
 初级励磁电流过大是不是初级励磁电感太小了?负载电流太小怎么解决?
伊利丹-怒风
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初级工程师
  • 2011-9-9 20:43:52
 
励磁电感可以加大点。负载加重点。
最好做可调占空比的,那样方便调节输出电压。
gcl533
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  • 2011-9-9 21:00:42
 
次级感量太大,反激要开气隙的,调到5mH。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-9 21:16:36
 
我把占空比加大到53% 但是在驱动信号为ON时,Vds还是还我传的第二张图一样,输出电压还是30左右的样子,而且ON时,Vds是从2.多伏开始斜着上升一直到16左右,开始OFF
我想还是MOSFET的导通内阻太大了(4.2欧),你们怎么看?
gcl533
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  • 2011-9-9 22:03:52
 
可能是变压器饱和了,或者是驱动能力不强,只想到这两种情况,可以量一下GS波形看是什么样……
xkw1cn
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  • 2011-9-9 22:41:32
 
管子电流太小;RDSON太大;耐压太高;跨导太小。。。。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-11 15:08:09
 
昨天晚上我换了一个MOSFET,IRF740,导通内阻0.55欧,实验了一下,波形还可以,电压应该是上升去了,如下图,CH2是PWM,CH1是Vds,Vds是衰减10倍的

可是今天下午我又实验一下,怎么就不行了,波形成了这个样子,麻烦帮忙看看是怎么回事?是不是MOSFET进入恒流区造成的?



(CH1为Vds,衰减10倍后的)
fairchild
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  • 2011-9-13 13:02:47
 
什么原因不晓得,但从波形上看,楼主好像没加箝位吸收电路吧,漏感尖峰好高,对MOS有威胁啊。
xkw1cn
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  • 2011-9-13 14:18:31
 
输出整流管很可能坏了。
chenshuang606
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本网技师
  • 2011-9-13 21:27:17
 
谢谢啊
就是输出整流管坏了,换了一个已经好了
lwqzzp
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  • 2011-9-14 00:12:09
 
回答的太好了。学习了啊12V开关电源
gaohq
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  • 2011-9-14 13:37:13
 
能谈谈你的推理过程么?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 14:10:43
 
波形透露了天机
fairchild
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高级工程师
  • 2011-9-14 16:04:17
 
整流管坏了,滤波电容不会因为反压击穿么?漏极波形为什么会是这样的?
许工方便泄露下天机不?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 16:50:55
 
对于反激电源的滤波电容讲;在整流管短路后,变压器输出是高频信号源。对于变压器讲;滤波电容几乎是稍有阻抗短路线[Xc=1/(2*3.14*F*C)]。自然不会有电压能搞穿它。如果持续这样工作,电容会因高频电流而发热。
你看;在MOSFET开通时;向下的三角尖,就是典型的二次短路特征。
leesirleesir
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高级工程师
  • 2011-9-14 23:34:53
 
“向下的三角尖,就是典型的二次短路特征”能详细讲一下为什么吗?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 23:46:22
 
三角的弦;是典型的RL响应自然对数曲线啊!
leesirleesir
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高级工程师
  • 2011-9-14 23:52:49
 
不是次级输出电容反向放电产生的吗?
ybkfss
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  • 2012-1-8 19:11:54
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应该是充电的
epnuber
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  • 2012-1-10 09:57:05
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有道理
leesirleesir
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高级工程师
  • 2011-9-15 00:00:56
 
难道L是指次级的漏感?谢谢你的回复
xkw1cn
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  • 2011-9-15 00:10:29
 
是二次短路时的一次变压器漏感。
fairchild
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高级工程师
  • 2011-9-15 10:51:31
 
设次级滤波电容初始电压为0,反向电压为Vcr(t),匝比为1/5=0.2
有下列方程,
初级
Vds(t) = Vin - 0.2Vcr(t) - Vleak(t) ------ 1
Vleak(t) = Lleak* dIp(t)/dt ---------------2
Is(t) = 0.2Ip(t) ----------------------------3
次级可等效为电流源Is(t)与RC并联的一个电路。
Vgs为高时,MOSFET开始导通,导通瞬间,次级相当于短路,Vds(0)=0,Vleak(0)=Vin
由此可得到Ip(0),滤波电容开始以0.2Ip(0)反向充电(Vds波形的小尖出现时间),
Vcr(t)增大(负载电阻足够大时),Vleak(t)减小,直至Vds(t)=Vin - 0.2Vcr(t),此时负载电阻耗能恰好等于初级传递至次级的能量,而处于稳态(Vds波形的直线部分)。
Vgs为低时,励磁电感放电,并在Vin的基础上产生振荡。
不知上述分析中有何问题,请许工指点。
xkw1cn
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  • 2011-9-15 11:19:50
 
很好的定性理解!
luckyyang
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  • 2011-9-14 10:18:47
 
楼主,你好,我最近也在调一个反激电路,我想问一下,我现在的波形跟你帖子最上面的VDS波形相似,你是怎么把VDS上的那个小尖峰去掉的?
黄的是PWM波形,蓝的是VDS
xkw1cn
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  • 2011-9-14 10:37:01
 
他是连续模式;你是断续模式,而且反压设计的比电源电压高多了。
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-14 10:57:31
 
怎么判断是连续模式还是断续模式的,我不知道这个尖峰是怎么产生的,是不是电感和MOS管的输出电容振荡产生的?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 11:01:12
 
是的!
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-14 11:12:21
 
占空比大于50%就是连续的么?
有什么方法可以去掉这个振荡么?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 11:30:34
 
最高的尖可以用RCD吸收,其它的不用管。
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-14 12:15:15
 
好的~谢谢啊~就是后面的两个尖峰不用管了吗?
xkw1cn
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  • 2011-9-14 12:18:42
 
是的!
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-14 18:58:32
 
可是,我把占空比变成53%以后波型就变这样了。
Vds的波形这样不是少掉了么?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-14 19:35:40
 
你的电路是开环的?怎么还能调整人为调整占空比,你这个不是削掉了,是谐振过头了。
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-14 19:39:16
 
开环的。想试一下变压器好不好。变压器不是自己绕的。谐振过头是什么意思,怎么能解决?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-14 19:44:16
 
个人感觉是谐振的原因。好像也没什么坏处吧。
luckyyang
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  • 2011-9-14 19:50:46
 
但这样的话感觉不对啊,PWM和VDS的波形差好多啊,看这个波形的话,mos管是不是提前导通了?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-14 19:51:54
 
不是提前导通了,是MOS管内部体二极管导通了,MOS管开通的时候正好零电压。
leesirleesir
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高级工程师
  • 2011-9-14 23:46:58
 
“MOS管开通的时候正好零电压”难道是QR模式?看第一图好像不是
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-15 08:14:37
 
只是电路谐振让MOS管体二极管导通而已,跟是否是QR模式没关系.
个人理解.
leesirleesir
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高级工程师
  • 2011-9-14 23:43:14
 
我解释一下看是否对:因VDS的波形后两具尖峰是初级励磁电感与MOS的输出做衰减振荡产生的,振荡开始说明变压器电流为0,这说明是DCM状态同,为什么说反压设计的比电源电压高多了呢?是因为振荡的谷底很低,第一个振荡的谷底电压为电源电压减反压。不知是否正确
luckyyang
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本网技师
  • 2011-9-15 10:06:08
 
后面的两个尖峰是由于原边的电感和MOS的Coss产生的衰减振荡吗?
有什么办法让其衰减的更快一些呢?
谢谢~
YTDFWANGWEI
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  • 2011-9-14 16:57:50
 
变压器是不是自己绕的?
blueskyy
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