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未解决

求教:反激式开关电源频繁启动导致mos损坏的原因是啥?

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水水水木木木
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本网技师
  • 2022-11-30 14:31:31
10问答币
新人设计开关电源后,遇到了三个问题,想请教前辈们:

1.频繁启动开关电源,容易导致开关电源损坏,最主要的损坏点就是mos管。不论是我设计的,还是市面上买的一些电源,频繁启动损坏率就是比较高。测试条件:负载为满载,电压为低压启动、高压启动,每隔5-10秒通放电一次。



2.电网电压波动的时候容易损坏,这个测试发现是输入220V电压过压,导致mos过压击穿。
解决方法:工业场合推荐用380V-450V的电源。

3.高温损坏,在高温测试中,mos容易失效,原因是mos管得不到有效的散热,温度积累导致mos管高温失效。
测试条件:烤箱70度,满负载,低压输入。
解决方法:增强散热、降低负载。

第2、3问题都想到了解决的方法,唯独第1个问题没有找到是啥原因导致的。昨天电源用的还是好好的,今天插电直接冒烟,用万用表测量发现mos管GDS三个引脚短路。这种问题就很麻烦,是电路设计问题,还是插电的时候电火花的电压太高导致的mos管击穿。

想请教各位前辈们,有没有一些经验可以分享。下面是我设计的24V_96W的反激式开关电源。还麻烦帮忙看看哪里有不完善之处,谢谢!

3.png
4.png
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-11-30 14:39:21
 
电源设计是24V,4A,96W规格。今天插电损坏的,负载很小,24V/0.2A左右。第一次通电220V输入的NTC热敏电阻很烫,都冒烟了,后续通电没有再冒烟,但是mos管的GDS三个引脚已经短路了。
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-11-30 16:58:03
 
有前辈可以指导一下吗?可能的问题点
silent1188
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副总工程师
  • 2022-11-30 17:29:20
 
1,确定MOSFET的VDS是否过高?2,MOSFET品质;3,变压器重新设计。
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 09:40:17
 
1.220VAC输入,空载状态下,VDS最大是496V,满载状态下,VDS最大是556V。除非是接通瞬间电压非常高,否则满载的情况下接近150V的余量,绰绰有余啊。何况损坏的时候,根本不是满载,基本算空载,VDS差不多有200V的余量。变压器重新设计的
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 09:42:17
 
mos管的VDS参数是700V,品质这个说不好啊,能大批量卖,应该不会太差吧。现在的问题出现在上电的一瞬间,不知道是瞬间电压太高,还是驱动芯片工作不正常,亦或者是变压器工作不正常。
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 09:44:17
 
变压器重新设计的依据是啥呢?在现在的基础上,怎么改进呢?图片贴在下面。

满载

满载

空载

空载
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 10:04:44
 
我重新频繁通断电测试了,空载状态下,上电瞬间,VDS最高电压是580V。满载状态下,上电瞬间VDS是600V。空载和满载的瞬间电压差不多,都是稳态下的VDS电压要高,但是也远小于700V的mos管承受的耐压。要么是损坏情况下的输入电压特别高,要么是某个器件在上电的时候没有正常工作。
bake_ql
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副总工程师
  • 2022-11-30 20:01:41
 
inrush电阻选择是否合适
正常工作时检测Vds和Ids
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 09:19:53
 
我查询了一下资料,我现在用的热敏电阻是8D-11,25度下是8欧姆,额定电流3A,最大允许电容是330uF,开关电源用的是150uF电容。
Colin_03
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高级工程师
  • 2022-12-1 09:59:57
 
你的应用场景不对吧? 输入电压高,还是极不稳定?
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 10:08:22
 
1.不是,频繁通断电测试,主要是为了测试冷态情况下插电源,偶尔会导致损坏的问题。2.电压不稳定有宽电压和高电压的开关电源解决方案,
3.现在我遇到的问题是220V民用电,冷态情况下,偶尔插电源会导致损坏。

水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-1 10:13:01
 
我现在考虑的是:是不是上电瞬间,某个器件没有正常工作,导致了mos管三个引脚被击穿呢?比如说驱动芯片没有正常工作,只打开了mos管,一直没有关闭mos管,导致mos管过热失效。前辈们看到上面的电源设计参数有问题吗?比如说电阻不对?
ids168
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本网技工
  • 2022-12-1 10:54:40
 
有可能通电瞬间变压器饱和了
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-2 09:04:53
 
谢谢指导,能指导下变压器饱和的原因吗?是变压器设计的参数不对?
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-2 09:42:41
 
可以麻烦前辈帮忙看看这种电流波形正常吗?

4A满载电流采样电阻波形

4A满载电流采样电阻波形

空载的采样电阻波形

空载的采样电阻波形
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-2 10:11:09
 
根据电流采样电阻波形可知,4A满负载的情况下,电流线性上升,最高值是0.8V,0.33R的采样电阻,0.8/0.33=2.425A峰值电流。带入公式,可以计算出Bpk是0.23T,符合0.20-0.25范围。

4A电流采样电阻波形,峰值0.8V

4A电流采样电阻波形,峰值0.8V

计算的变压器Bpk

计算的变压器Bpk
xkw1cn
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  • 2022-12-2 21:43:27
  • 倒数10
 
典型雪崩耐量超标。另外;频繁启动;NTC不支持这种用法。
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-3 09:35:57
  • 倒数9
 
感谢版主的解答,新人第一次了解到了雪崩耐量这个指标。请问如何测量开关电源上电、断电瞬间的能量呢?目前看稳态状态下的Vds电压比mos管耐压低100V以上,我重复通断电测试了几十次,没有发现通断电瞬间Vds电压超过600V的。如果算不出来、或者测不出来具体的能量,那mos的雪崩耐量也没法选取呀?
xkw1cn
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  • 2022-12-3 19:46:41
  • 倒数8
 
示波器实际带宽100MHz以上的数字示波器,才能比较靠谱的测到。
用两倍以上额定电流MOSFET试下,看看是否能解决问题。
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-5 08:51:17
  • 倒数7
 
现在已经是很多倍额定电流了,现在设计满载的电流均方根值是0.93A,电流峰值是2.4A,实际通过采样电阻测量计算电流峰值是2.45。计算的和理论的电流基本一致。mos管型号是CS10N70FA9D,700V耐压,10A电流,Eas是750mj,Ear是70mj,Iar是3.7A。我准备换更大雪崩耐量的mos管试试。请问版主雪崩耐量主要看Ear还是Eas呢?

MOTIVE-高信龙
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高级工程师
  • 2022-12-30 10:49:16
  • 倒数3
 
CS10N70FA9D是VDMOS制程,如果没有虚假的话,那就是做96W(24V 4A)的话,MOS的Eas不够,也就是MOS里面的晶片小了一点,瞬间电流大一点,或者在温度高一点的情况下,MOS的发热和散热不够改善方法:
1. 改变压器,毕竟变压器是电源改善最有效的地方,
2. MOS需要换电流更大一点的,
3. 如果有风扇,把风扇调大减小MOS的发热
4. 如果是连续开关机,MOS损坏或者PTC损坏,那一般就是变压器设计有点问题

反激电源输出24V,无风扇输出4-5A,推荐使用Motive 墨濎半导体 SAT100H200T(100A 200V TO-220肖特基二极管),1PCS/SET就够了

MOTIVE墨濎半导体 专业TMBS 大电流肖特基二极管
PM:Richard Gao
微信:159-2167-4986






水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-5 08:52:38
  • 倒数6
 
楼上有前辈提示,可能是变压器磁饱和,也会导致mos管击穿。我现在准备从雪崩耐量+变压器两方面入手
viewbur
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本网技师
  • 2022-12-5 16:08:48
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PCB板上的DS脚焊盘是否太宽,过近,IC信号脚的旁路电容是否靠近IC.
水水水木木木
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本网技师
  • 2022-12-5 18:16:24
  • 倒数4
 
1.DS间距应该是够得的,开槽1.25mm,这总不会空气放电了吧。2.IC反馈信号的电容靠近IC的。

3.请教前辈一个问题:变压器初级电感量的大小会影响啥?我查资料说电感量越大,次级的纹波会越小。那电感量小,除了影响次级纹波还有其他缺点吗?是不是电感量越大,同参数情况下,匝比越大?匝比大会增大初级和次级的反射电压,又影响了次级整流二极管的电压应力。那设计变压器,是不是先确定占空比和最小匝数,然后计算电流和电感量?
THTTH1982
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  • 2022-12-30 11:30:04
  • 倒数2
 
没看你的PCB ,但我感觉你的驱动电阻20R 有点小。不知道你这个MOS CS10N70 是不是COOLMOS 。你先从驱动这里下手吧,SCH是对的。MOS 有个指标就是VDS的DVDT ,上升快了或下降快了都有可能烧管子。 VGS 有个雪崩,单个脉冲与多个脉冲,它承受不住也会坏。我做了一个60W的用的是60R660的MOS ,用的1.5K的驱动电阻,下拉20R,波形漂亮,弄不坏。所以你从驱动查起。
THTTH1982
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  • 2022-12-30 11:31:18
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调R8
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