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未解决

BUCK尖峰干扰驱动,请大佬赐教

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开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-4 00:16:38
10问答币
各位前辈,小弟设计了一个BUCK电源,输入40V~100V,输出25V/20A,开关频率100kHz,原理图如图1:

BUCK主电路原理图

BUCK主电路原理图

图1 原理图

在测试过程中,随着输出电流提高,MOS和二极管的尖峰变得越来越大,且驱动波形受到明显干扰,当输出电压到13A时,驱动上的干扰已经可以将MOS误触发,导致输出混乱。

输出24V/10A时,跳变点(MOS的S极)电压波形如下图:

10A时的跳变节点波形.jpg

图2 跳变点波形(10A)

将波形下降沿放大,可以看到关断细节:

10A时的关断波形.jpg

图3 关断波形(10A)

可以看到,在驱动上有一震荡波形,这个震荡波形随着输出电流的增大而增大,当电流大于13A时,驱动上的干扰信号会导致MOS误触发,导致混乱。

在小电流时,以跳变点(MOS的S极)为参考点,测量MOS的DS电压及二极管的阳极-阴极波形如下图:

关断波形.jpg

图4 小电流时的关断波形

可以看到,MOS和二极管在驱动下降沿处产生1us以上的上升沿(MOS和二极管手册上的上升下降时间均是10ns级的),不知是什么原因如此慢。

总结:共有两个问题:

1. 为何驱动上会有如此大的干扰

2. 为何在驱动下降沿处,MOS和二极管电压变化如此缓慢?


附上选型资料和PCB主电路:


MOS管选型为IXFH78N60X3,功率二极管选型为DSEI 120-06A

MOS和二极管参数为:
MOS参数.png 二极管参数.png

图5 MOS和二极管参数

PCB的主电路部分如下图:

主电路PCB.png

图6 主电路部分

驱动部分.png

图7 驱动部分

项目节点将至,小弟愚钝,辗转不知所措,望路过前辈予以解答!

感谢!!!

开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-7 15:22:05
 
后来我又测了一下,电流越大,MOS关断越快
zfaidz
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本网技师
  • 2022-6-7 15:37:25
 
驱动干扰:
漏极 di/dt 导致 dv/dt,耦合到了 栅极
解决办法有三个,一是加负压,二是栅-源并联电容,三是加大栅极电阻。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-7 15:53:30
 
有道理,我在GS并联电容试试
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-7 15:55:40
 
增大驱动电阻我试过了,效果不好,甚至会变坏,因为驱动下降沿变慢了之后,毛刺会从驱动底部移到下降沿上
nc965
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版主
  • 2022-6-7 20:09:33
 
板子问题,参见三圈两地
驱动问题,驱动供电是啥模块?
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-8 08:55:30
 
驱动供电模块是B1212S-2WR2,金升阳的。前辈,您能说一说板子的问题在哪里吗?我画PCB的时候,驱动回路不太会布线
nc965
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  • 2022-6-8 12:12:35
 
不是驱动回路布线问题,而是主拓扑电路布局有问题,T1/D3/Cin1 3个元件6个焊盘、焊盘靠焊盘布局,三圈两地第一个圈,最大干扰源。

2.png

不是驱动回路布线问题,你这个MOS的Ciss和Crss都超级大,布局引起弥勒干扰的可能性可以忽略不计。
不是驱动回路布线问题,而是驱动电路可能有问题,你这个是浮驱、不要牵扯太宽,其实你用25V输出电压做驱动VCC是件很容易的事情。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-9 16:12:39
 
感谢95大哥!这么布局倒是从未想过,豁然开朗的感觉。看来之前的BUCK输入回路还是太长了,我再布局一版试试
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-9 17:23:01
 
前辈,上图中的Cin1用103的CBB可以吗?
nc965
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  • 2022-6-9 23:11:45
 
(电解与电感体积配套,你这个大约需要4只68uF160V,而)CBB与电解配套,容量小2~3个数量级,100V105或者160V474吧,不能再小。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-17 15:23:46
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强电新布局.png

前辈,您看这样的布局可以吗?Cin5下面走了驱动的地(蓝色圈内),不知道是否合理


nc965
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  • 2022-6-20 15:06:37
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要用电解才合理
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-20 15:34:47
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前辈,这个电源在低气压下使用(3kPa),担心电解扛不住低气压,所以就都用CBB了
nc965
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  • 2022-6-20 22:28:14
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钽电容
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-21 09:23:14
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哦哦,把钽电容给忘了
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-21 09:33:49
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前辈,加入Cin5是电解或者钽电容的话,驱动地线从Cin5 下面走可以吗?(像上图一样)
nc965
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  • 2022-6-21 09:43:29
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驱动线随便走,电流回路要用CBB,外围才用钽电容
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-21 16:01:31
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BUCK.png

您的意思是不是,C1和C2用CBB,其余的Cin和Cout用电解或者钽电容等大容量电容?


nc965
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  • 2022-6-21 22:31:42
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开关电源小学生
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初级工程师
最新回复
  • 2022-6-22 14:47:17
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胜读十年书啊,受教了!
陈加勇
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高级工程师
  • 2022-6-8 10:17:17
 
问题1. 为何驱动上会有如此大的干扰?

回答1:从Vgs与Vds的波形可知,在Vds跳变的边沿,存在着很大的dv/dt,
             然而,MOSFET电器件存在着三个电容,主电路对驱动电路的影响是通过Cgd。
             igd=Cgd*dv/dt;
             Cgd的来源一是MOSFET本身的Cgd电容,二是布板驱动电路与漏极走线形成的等效平面电容。

问题2. 为何在驱动下降沿处,MOS和二极管电压变化如此缓慢?
MOS和二极管在驱动下降沿处产生1us以上的上升沿(MOS和二极管手册上的上升下降时间均是10ns级的)

回答2:官方数据手册给出的MOSFET,都是在一定的工作频率,电压,电流,温度下测试得到的数据。
            对于MOSFET关断时间而言,驱动电阻的大小关系到放电电流的大小。放电电荷一致的情况下,放电电流越小,放电时间越长。
            至于二极管的关断时间,受到BUCK串联MOSFET的影响,他们两个两段电压之和等于输入电压。

解决办法:从布板上解决问题,减小弥勒电容,更加有利于做出优质的电源变换器。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-8 11:23:15
 
感谢您的解答!不知道我的理解是否正确:1. igd=Cgd*dv/dt,这个igd流经驱动电阻的话,就会在驱动电阻上产生干扰电压,从而影响驱动波形。所以并不是驱动电阻越大,干扰越小
2.  减小米勒电容的话,是不是可以让G极走线和D极走线离得尽可能远,并让二者不平行?


陈加勇
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高级工程师
  • 2022-6-9 10:08:04
 
     理解正确,另外,你的主功率回路也有问题。走线太长,寄生电感太大。

st.you
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总工程师
  • 2022-6-8 12:41:44
 
所谓的混乱是指什么?看起来波形还行,会不会是电流加大后,环路振荡了?
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-9 16:13:27
 
我还没有加入控制,恒占空比模式都会出问题
xkw1cn
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  • 2022-6-8 21:52:32
 
不知道这位楼主是否尝试过用大菜刀剁过蚂蚁没。。。是否能准确将蚂蚁剁成两半。
无论如何;用这种被做保险丝的公司收购的半导体N线产品;如同一把无刃满锈的柴刀,剁(PWM)如此低压环境(蚂蚁级)的输入、输出。

预成事;必先利其器。建议认知计算下应该用的规格;并拼凑起来。

现在做法;即非能学习;也非能锻炼。赶紧弄回正道吧。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-9 16:16:57
 
前辈,我觉得这个MOS的参数还可以呀,至少手册上的参数还不错,耐压耐流和开关时间都满足要求。不过之前也没有用过,摸着石头过河。
xkw1cn
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  • 2022-6-9 23:09:03
 
哪点可以?手册上;还有哪些参数觉得都满足?烦列举!并说明原因。
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-11 09:15:09
 
选型的时候只关注了耐压值、耐流值,上升时间、下降时间等参数,忽略了Ciss,Coss,Crss对电路的影响,请问前辈,还有哪些需要关注的参数吗?
xkw1cn
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  • 2022-6-11 21:44:36
 
Qg/Qgd/Qrr/Trr...
YTDFWANGWEI
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  • 2022-6-9 17:31:12
 
你这输入最高才100V,你选的600V的管子及二极管?
开关电源小学生
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初级工程师
  • 2022-6-9 17:34:58
 
设计的时候,害怕尖峰太大,就把裕量留大了些
YTDFWANGWEI
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  • 2022-6-10 09:09:29
 
但是,管子设计的不合理,会造成更大的尖峰。
xkw1cn
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  • 2022-6-11 01:00:44
 
是的,如同柴刀剁蚂蚁
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