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驱动信号跨过Boost变换器开关热点是否会造成干扰?

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陈加勇
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高级工程师
  • 2021-7-4 10:37:15
10问答币
           各位技术前辈,最近画了一款交错Boost PFC 的PCB,对其中的走线存在一些疑问,麻烦各位评价下优劣。
           拓扑:交错Boost
           布局:为了考虑散热,整流桥,开关管,整流二极管器件按“一”字靠近板边缘排列
           层数:四层
           关键布局:开关管和整流二极管之间是热点,布局如下:
                        第一层:热点
                        第二层:空着(没有走线)
                        第三层:主电路功率地
                        第四层:驱动线
           疑问:第一层是热点,第四层是驱动线,第三层是覆铜的功率地。
           请问:1、如果第三层的地做隔离,第一层的热点会对第四层的驱动线造成电场耦合吗?
                     2、如果没有第三层的地做隔离,第一层的热点会对第四层的驱动线造成电场耦合吗?
           谢谢各位技术前辈




板边器件依次为整流桥开关管、整流二极管

板边器件依次为整流桥开关管、整流二极管
热点与驱动线交叉.png

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你这是过度敏感了,对一只MOS而言,热点就是D,它对驱动电路的耦合可以归结为Crss的增加值,它对地的耦合可以归结为Coss的增加值,这些耦合电容都可以在板精确地测量出来,与MOS原生电容相比一般都不在一个数量级,影响是非常有限的,远远小于更换不同型号的MOS带来的影响,大可不必耿耿于怀。 不好意思回复错层了,这是对楼主回的 ...
gaohq
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总工程师
  • 2021-7-4 10:48:53
 
根据我的经验是一定会,垂直还是平行?
陈加勇
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高级工程师
  • 2021-7-4 10:50:49
 
  您好,是垂直的。因为有主电路的功率地做隔离,我觉得不一定会吧。
jinlinqianshui
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高级工程师
  • 2021-7-5 10:28:16
 
会的,因为功率地也是干扰源。应该用PE层或者一个GND层(可以用大面积敷铜的脏地)把热点,功率地和驱动信号部分分开。驱动信号线和功率线垂直。最好的是驱动信号和功率部分不交叉。
陈加勇
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高级工程师
  • 2021-7-5 14:31:49
 
您好,最近布的一块板,前级是交错Boost PFC,后级是LLC。
       Boost 部分,驱动线跨过热点,但是第3层有主电路的功率地做屏蔽。
       LLC部分,驱动线跨过半桥热点,但是驱动线与半桥热点没有地做隔离。
现在的效果是,
       Boost驱动线是没有干扰,但是LLC上干扰。
严格来说,控制电路与主功率电路是隔离的,控制电路没有单点接地到主电路。那么,主电路的功率地应该算作干净地吧(我没找到干扰来源)
       干净地,或者说固定点位用来做屏蔽。我觉得是可行的,您觉得呢?
jinlinqianshui
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  • 2021-7-5 15:29:29
 
主功率地因为有大电流流过,较高的di/dt会对外有比较大的干扰。所以主功率地也算干扰源之一。
陈加勇
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  • 2021-7-6 09:26:39
 
        您好,主功率地与热点还是有一定的区别的。

       热点:电压突变,电流也突变
       主功率地:电势不会突变,电流突变。

       因此,电流突变会对功率地本身与连接到功率地的器件造成影响,
                功率地的较大的di/dt也可以通过寄生电容干扰到其他的走线。
       小小总结,多多指导。感谢您的回复。





jinlinqianshui
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高级工程师
  • 2021-7-6 13:24:46
 
你总结的是对的,我是说功率地一般是不作为屏蔽驱动和功率部分的屏蔽层用。
陈加勇
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  • 2021-7-6 19:39:11
 
       感谢您的回复。楼下的李工说得还是有道理的
陈加勇
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  • 2021-7-5 14:33:41
 
感谢您的回复



nc965
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  • 2021-7-5 18:43:21
 
这样没有问题,所提问题均可以归结为MOS结电容对待,可以精确测量
鸡腿
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  • 2021-7-6 11:47:18
 
驱动信号本身就是强劲的干扰源,只有它干扰别人,别人怎么干扰到它呢?板子上MOS驱动电阻放到MOS脚边,GS并个10K电阻,先这么干一版再说;
不好意思回复错层了,这是对主题回的


nc965
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  • 2021-7-6 12:31:55
 
你这是过度敏感了,对一只MOS而言,热点就是D,它对驱动电路的耦合可以归结为Crss的增加值,它对地的耦合可以归结为Coss的增加值,这些耦合电容都可以在板精确地测量出来,与MOS原生电容相比一般都不在一个数量级,影响是非常有限的,远远小于更换不同型号的MOS带来的影响,大可不必耿耿于怀。

不好意思回复错层了,这是对楼主回的

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陈加勇
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  • 2021-7-6 19:59:37
 
      李工,您好!
       请问如何精确测量出驱动线与热点之间的等效电容喃?使用阻抗分析仪一头夹在热点,一头夹在驱动线吗?
       麻烦您指点指点。
nc965
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  • 2021-7-6 20:05:37
 
关机、离线、彻底放电、高频、低压,避开二极管导通电压测量、拔掉MOS与不拔掉MOS的Cxss
陈加勇
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  • 2021-7-7 09:11:58
 
  好的,感谢您的回复。
nc965
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  • 2021-7-7 09:25:05
 
测一组数据晒出来看看,估计对普通高压MOS影响不大,对氮化硅恐怕就不行了
陈加勇
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高级工程师
  • 2021-7-7 13:41:32
 
     李工您好,我将整流二极管拔掉。使用300kHz的LCR表测量寄生电容可以吗?
nc965
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  • 2021-7-7 14:46:34
 
不用拔掉,低压即可
陈加勇
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  • 2021-7-7 15:16:04
 
      李工,您好!麻烦您看下下面测试条件正不正确。正确的话,我就开始测啦。

      测试仪器:数字LCR电桥E4980AL

      测试对象:上文提到的四层电路板的寄生电容

      测试条件: 数字LCR电桥输出,频率:300kHz  电压峰值:0.3V  的正弦波  

       测试方法:
                      1、电路板上整流二极管保留(整流二极管的正向导通电压为1.5V) ,分别测量有开关Mosfet与没有Mosfet的Cgd、Cds电容大小。
                      2、夹子分别夹在Mosfet的ds、dg两端,分别测量等效串联寄生电容Cs。
                      3、将Mosfet拔掉,在与步骤二相同的位置测量等效串联寄生电容Cs。
nc965
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  • 2021-7-7 15:18:42
 
1V可能偏大,试试吧,还有Cgs
陈加勇
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  • 2021-7-7 15:22:49
 
        好的,我马上试试。
陈加勇
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  • 2021-7-7 15:46:18
  • 倒数10
 
      李工,您好。测试电压我改为0.3V了(整流二极管的导通压降为1.5V)。其他测试条件不变。
      经过多次测量,取了一个折中的值。测试数据如下:

      测试数据:
                                                                         Cgs                            Cds                     Cgd
                     含MOSFET及散热器                   4.20nF                     14.2nF                   3.9nF

                     不含MOSFET及散热器                164pF                      1.5nF                  230pF

       数据分析:
                   不含MOSFET及散热器的情况下,Cds有1.5nF,远远大于同等条件下的Cgs、Cgd
                   可能原因是:
                             主功率电路的地,与热点的重叠面积较大。导致寄生电容较大。
                             驱动走线15mil,驱动线与热点、主功率回路的地交叠面积较小,因此Cgs较小。
nc965
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  • 2021-7-7 16:47:13
  • 倒数9
 
可能有其他因素影响(你可以再单独测试MOS、或者不同MOS),但很明确的是,果然呈数量级差别,因此不必纠结此事。
陈加勇
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  • 2021-7-8 09:32:32
  • 倒数8
 
      测试数据:

                                                                         Cgs                            Cds                     Cgd

                     含MOSFET及散热器                   4.20nF                     14.2nF                   3.9nF

                     不含MOSFET及散热器                164pF                      1.5nF                 230pF

                     单独MOSFET及散热器               4.11nF                      14.9nF                 3.89nF


       数据分析:

                       第三组数据是今天早上测的,存在一个数据异常点,反复测量几次仍然是这个数值。

                       单独MOSFET及散热器的Cds  >   含MOSFET及散热器的Cds


     可能原因:1、MOSFET是放在桌上测量的,MOSFET及散热器及桌面环境形成的等效寄生电容。

                       2、测量仪器造成的误差。

                                            


nc965
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  • 2021-7-8 09:38:37
  • 倒数7
 
Cgs=Cgd ?这明显不合理,除非DS短路或者有连接
陈加勇
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  • 2021-7-8 12:40:05
  • 倒数6
 
      李工,您好!
      刚才我用了四个不同的全新MOSFET,按照上次的测试条件,测量了他们的寄生电容。测试结果如下:

                                                    Cgs                Cgd               Cds

             IPW6R125P6                    4.1nF             3.85nF           14.9nF

             IPW6R041P6                  12.9nF              12.4nF           46.0nF

            IRFP350                           3.6nF              3.58nF           4.12nF

            IRFP260                          5.5nF               5.66nF           5.4nF

         测试结果分析:            
                                1、以上四个MOSFET的Cgs 约等于Cgd的值。
                                2、本次测量数字LCR表测量的串联等效电容Cs
          您觉得测试结果正常不?


nc965
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  • 2021-7-8 14:32:48
  • 倒数5
 
不正常,改测试参数,正常的应该是Cgs>>Cds>>Cdg
陈加勇
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  • 2021-7-9 10:07:58
  • 倒数4
 
李工您好!今天我使用阻抗分析仪测量了IPW6R125P6的寄生电容。
                 分别测量了300kHz/0.1V、300kHz/0.3V、300kHz/0.5V
                                 500kHz/0.1V、500kHz/0.3V、500kHz/0.5V
                                 1MHz/0.1V、 1MHz/0.3V、1MHz/0.5V九种参数下的串联等效电容Cs和并联等效电容Cp。
                测量结果:Cgs 与 Cgd 差异不大。Cds大于Cgs、Cgd。
                这次是使用阻抗分析仪测量的、数字LCR表测量也是这个结论。
               您认为是什么原因喃?




IPW6R125P6寄生电容测试数据

IPW6R125P6寄生电容测试数据
nc965
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  • 2021-7-9 10:45:24
  • 倒数3
 
确实令人费解,你看能不能解方程求解,Cgs应该显著比Cds更大,与数据手册对比一下?
boy59
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  • 2021-7-9 11:31:46
  • 倒数2
 

AON6512寄生电容.jpg
MOS管的寄生电容跟电压有关,只测低压下的参数可能是不准确的,参考网上的加直流偏置的测试电路:
MOS寄生电容测试电路.jpg
陈加勇
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最新回复
  • 2021-7-9 12:02:27
  • 倒数1
 
         您说得很对,MOSFET寄生电容是一个曲线。官方数据手册已经给出测试方法和测试结果曲线。
         这个帖子主要是讨论,驱动线与热点、功率地之间的干扰问题。
         目前,通过拔掉MOSFET,已经能测量出,驱动线与热点等效的Cgd值并不大,pF级别。
         功率地与热点等效的Cds值也不大,至少比MOSFET的Cds要小。
         感谢您的回复。
陈加勇
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  • 2021-7-6 19:56:26
 
        您好!热点对驱动信号的影响分析如下。
        当上管导通,下管关断时,热点电压上升。开关速度越快,输入电压越高,热点的dv/dt越大。
        由于下管的Cgd的存在,那么,因为热点电压的上升,导致流过Cgd的电流igd=Cgd*dV/dt.
        又因为此时下管的驱动为零,所以igd电流流向了下管的结电容Cgs。
        因此,Vgs的电压上升。
        更恶劣的情况是下管误导通。
      
        楼下李工的意思是,驱动线与热点的重叠部分,增加了Cgd的值;
                                     功率地与热点的重叠部分,增加了Cds的值;
                                     虽然增加了,但是增加的量非常小。与原管子的Cgd,Cds不是一个数量级别。
         感谢您的回复!

热点对驱动信号影响路径

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热点对驱动信号影响的波形图

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