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简单半桥Buck电路求助,有酬谢

本菜鸟在搞一个半桥Buck电路,原理图和PCB如下:

图中没画输入输出端的大电解电容,实际测试时VIN和VOUT都对地接了470uF电解电容

现在问题是高臂导通瞬间,总是出现强烈震荡,如下所示(红色为VM即低臂漏极波形,黄色为LO即低臂栅极波形,VIN端输入31V 1.5A,VOUT端对地接5欧负载,驱动为60kHz互补PWM,死区1us):

输入这么小震荡就这样,如果把输入加到100V+估计整个电路就废掉了。不知道是不是我的PCB设计犯了什么严重错误,还是有其它原因?若哪位达人帮助解决这个问题,本菜鸟酬谢100元以表微薄心意,决不食言

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suiyi3
LV.5
2
2016-08-16 17:34
坐等结果
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2016-08-16 18:28

从波形上看,波形上有尖峰的负电压。

至少可以证明,你的电压探头被干扰了。

采用测量纹波电压的方式(弹簧探头,或者去掉探头夹子,用针尖和针尖旁边的“地”点到DS引脚测试),测试下 DS直接电压,更新图片再分析,

如果尖峰还是较高,可以在D脚上串联1个小磁珠抑制电压尖峰,还可以讲驱动电阻更新为33Ω左右。

 

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k7k8k7k89
LV.1
4
2016-08-17 02:18
@417zhouge
从波形上看,波形上有尖峰的负电压。至少可以证明,你的电压探头被干扰了。采用测量纹波电压的方式(弹簧探头,或者去掉探头夹子,用针尖和针尖旁边的“地”点到DS引脚测试),测试下DS直接电压,更新图片再分析,如果尖峰还是较高,可以在D脚上串联1个小磁珠抑制电压尖峰,还可以讲驱动电阻更新为33Ω左右。 
谢谢,我按您的做法试一下,稍后把测试结果发上来
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k7k8k7k89
LV.1
5
2016-08-17 04:03
@417zhouge
从波形上看,波形上有尖峰的负电压。至少可以证明,你的电压探头被干扰了。采用测量纹波电压的方式(弹簧探头,或者去掉探头夹子,用针尖和针尖旁边的“地”点到DS引脚测试),测试下DS直接电压,更新图片再分析,如果尖峰还是较高,可以在D脚上串联1个小磁珠抑制电压尖峰,还可以讲驱动电阻更新为33Ω左右。 

摘掉探头帽重试了一下,低臂D极是没有负尖峰的,但是G极受震荡干扰确实有负尖峰,下面是低臂D级波形(20V 0.9A输入):

把驱动电阻改为20R(没33R的电阻),并把驱动二极管反接后,尖峰确实降低了,但仍超过输入电压的二倍:

再增大驱动电阻我觉得不太好了,对效率和其他性能影响较大,而且此时G极上升沿已是非常平缓了,以下为低臂G极波形:

图中负尖峰位置对应高臂导通的瞬间,这个尖峰在空载时是没有的

由于电路要跑到8A,所以串磁珠可能不太好使

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2016-08-17 08:26
@k7k8k7k89
摘掉探头帽重试了一下,低臂D极是没有负尖峰的,但是G极受震荡干扰确实有负尖峰,下面是低臂D级波形(20V0.9A输入):[图片]把驱动电阻改为20R(没33R的电阻),并把驱动二极管反接后,尖峰确实降低了,但仍超过输入电压的二倍:[图片]再增大驱动电阻我觉得不太好了,对效率和其他性能影响较大,而且此时G极上升沿已是非常平缓了,以下为低臂G极波形:[图片]图中负尖峰位置对应高臂导通的瞬间,这个尖峰在空载时是没有的由于电路要跑到8A,所以串磁珠可能不太好使

要工作到8A,那么电感电流肯定是连续的,关断的时候电流很大,再要减小尖峰只能从MOSFET的DS之间串联RC或者RCD的吸收了。

硬开关的工作,会产生尖峰,是正常的。

还可以在Q1-D和Q2-S之间放上一个薄膜电容(类似金属化聚丙烯电容),1uF或者2.2uF,提供尖峰电压吸收作用。

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2016-08-17 11:14
帖子已被设置为头条,恭喜楼主可添加电源网私人官网微信(dianyuan_com)为好友,领取现金红包(备注信息:头条红包)

      注:现金红包仅限当日领取

      活动介绍:http://www.dianyuan.com/bbs/1529195.html

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2016-08-17 11:53
已经被添加到社区经典图库喽
http://www.dianyuan.com/bbs/classic/
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k7k8k7k89
LV.1
9
2016-08-17 17:35
@417zhouge
要工作到8A,那么电感电流肯定是连续的,关断的时候电流很大,再要减小尖峰只能从MOSFET的DS之间串联RC或者RCD的吸收了。硬开关的工作,会产生尖峰,是正常的。还可以在Q1-D和Q2-S之间放上一个薄膜电容(类似金属化聚丙烯电容),1uF或者2.2uF,提供尖峰电压吸收作用。

电流是连续的,然而尖峰发生在Q1导通瞬间,MOS关断时没有明显尖峰。您两个方法我都试了(RC吸收用22R,100nF),尖峰会矮那么一丁点但还是超过输入的2倍。这个尖峰带来的最严重问题是干扰G极波形(见上面低臂G极波形的负尖峰),烧前面的驱动芯片和CPU,我已烧了两块CPU

MOS寄生二极管的恢复时间和结电容很可能是影响尖峰的关键因素,以前看到一个帖子说RC吸收反而使波形变坏我也遇到过

我觉得肯定有解决之道,否则全桥逆变就没法做了,那个输入电压可是接近400V的

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2016-08-17 18:49
@k7k8k7k89
电流是连续的,然而尖峰发生在Q1导通瞬间,MOS关断时没有明显尖峰。您两个方法我都试了(RC吸收用22R,100nF),尖峰会矮那么一丁点但还是超过输入的2倍。这个尖峰带来的最严重问题是干扰G极波形(见上面低臂G极波形的负尖峰),烧前面的驱动芯片和CPU,我已烧了两块CPUMOS寄生二极管的恢复时间和结电容很可能是影响尖峰的关键因素,以前看到一个帖子说RC吸收反而使波形变坏我也遇到过我觉得肯定有解决之道,否则全桥逆变就没法做了,那个输入电压可是接近400V的

下管Q2应该是提前关断的吧,关断了后,并联Q2的二极管D6续流。

可以试试D6和D2用肖特基管3个200V的串联,看看是否因为二极管的特性问题造成的。

 

 

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k7k8k7k89
LV.1
11
2016-08-18 02:22
@417zhouge
下管Q2应该是提前关断的吧,关断了后,并联Q2的二极管D6续流。可以试试D6和D2用肖特基管3个200V的串联,看看是否因为二极管的特性问题造成的。  

对,一般来说Q2肯定要提前关断的,这就是死区的目的。我试过缩小死区以短时间直通为代价确实可以消除尖峰,但这不是办法。D2和D6是我为了增强死区续流能力而添加的,一般是不需要的(寄生二极管可以续流),我也没看别人这么用过,但去掉D2和D6也不能改善尖峰

这问题困扰我许久,再等一天解决不了我就去花钱请老师了。一楼的失败的PCB我还剩几块,谁要的话我可以免费奉送,不过应该不可能有人要吧

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2016-08-18 08:42
@k7k8k7k89
对,一般来说Q2肯定要提前关断的,这就是死区的目的。我试过缩小死区以短时间直通为代价确实可以消除尖峰,但这不是办法。D2和D6是我为了增强死区续流能力而添加的,一般是不需要的(寄生二极管可以续流),我也没看别人这么用过,但去掉D2和D6也不能改善尖峰这问题困扰我许久,再等一天解决不了我就去花钱请老师了。一楼的失败的PCB我还剩几块,谁要的话我可以免费奉送,不过应该不可能有人要吧

我瞎猜一下,

 

下管续流的时候,Q1打开,电感的电流减小变成增加,D6还要反向恢复时间,这个瞬间Q1未完全打开,和D2并没有把电感续流的这个电流充到Vin里面去。

导致这个尖峰很高。

如果尖峰是由于D2的速度不够快?应该在D2上并联RC会有点效果的。

或者在Q1-D和Q2-S上增加吸收电容,会有效果。

 

 

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k7k8k7k89
LV.1
13
2016-08-18 16:35
@417zhouge
我瞎猜一下, 下管续流的时候,Q1打开,电感的电流减小变成增加,D6还要反向恢复时间,这个瞬间Q1未完全打开,和D2并没有把电感续流的这个电流充到Vin里面去。导致这个尖峰很高。如果尖峰是由于D2的速度不够快?应该在D2上并联RC会有点效果的。或者在Q1-D和Q2-S上增加吸收电容,会有效果。  

又按您的方法在D2上并联RC试了一下,还是没用。Q1-D和Q2-S上接CBB电容前天试了,Q2-D波形会变平,但尖峰基本没受影响。在这个电路上各种怪招我都试过,有人说尖峰是VM寄生电感引起,我试过在Q1-S和Q2-D上接CBB电容,没用

准备找老师去,若能解决再来分享解决方案

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2016-08-18 18:09
@k7k8k7k89
又按您的方法在D2上并联RC试了一下,还是没用。Q1-D和Q2-S上接CBB电容前天试了,Q2-D波形会变平,但尖峰基本没受影响。在这个电路上各种怪招我都试过,有人说尖峰是VM寄生电感引起,我试过在Q1-S和Q2-D上接CBB电容,没用准备找老师去,若能解决再来分享解决方案
等着你解决了分享措施
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水若蓝
LV.1
15
2016-08-19 08:53

有几个问题需要搞清楚一下:

1输入电源是怎么来的,测试输入波形了没?

2输出加电感的目的是为了什么?

3为了消除mos的寄生电感电容的影响,用二极管和电容哪个比较合适?

4TVS是吸收瞬间能量的,用在此处是否合适?设计应用场合如何?车载还是工业,消费类?

5 60khz高频下,开关频率对mos性能有何影响,迟滞和反应时间需要如何处理?

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k7k8k7k89
LV.1
16
2016-08-19 15:33
@水若蓝
有几个问题需要搞清楚一下:1输入电源是怎么来的,测试输入波形了没?2输出加电感的目的是为了什么?3为了消除mos的寄生电感电容的影响,用二极管和电容哪个比较合适?4TVS是吸收瞬间能量的,用在此处是否合适?设计应用场合如何?车载还是工业,消费类?560khz高频下,开关频率对mos性能有何影响,迟滞和反应时间需要如何处理?
哥们,你的问题有不少也是我想问的,不过有些问题比如问题2就有点太。。。了
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wayhe
LV.4
17
2016-08-24 21:53

我也遇到过类似的问题,在低端MOS的VGS信号关闭后,又有一个干扰突起,MOS管的米勒效应。

改善的方法:

1,在驱动电路里加有源钳位电路,应该是最有效的方案;

2,增加上管栅极驱动电阻,减缓上管导通速度(会降低效率,因此需要折中考虑);

3,在MOS管的G与S端并电容,吸收掉一些米勒效应的冲击(同样减缓开关速度,会降低效率,因此需要折中考虑)

4,加RDC吸收网络;

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wayhe
LV.4
18
2016-08-24 22:08
另外你图上的D1和D4方向反了,反过来应该有明显改善。一般MOS驱动是开通要慢,关断要快。驱动电阻应该适当加大10-100R之间。
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st.you
LV.10
19
2016-08-25 17:35
下管的开通速度过快,导致上管的电压变化率过高 ,弥勒效应使它导通了.可以尝试 D4的方向反一下,让下管开通速度慢一点,这样上管的弥勒效应就没那么严重.
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zhanghuawei
LV.9
20
2016-08-25 19:00
@st.you
下管的开通速度过快,导致上管的电压变化率过高,弥勒效应使它导通了.可以尝试 D4的方向反一下,让下管开通速度慢一点,这样上管的弥勒效应就没那么严重.
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2016-08-26 10:13

R2,R3用1M的电阻?

我只想知道是不是真的

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hong_t
LV.6
22
2016-08-27 14:22
这是一个BUCK同步整流电路吧? 死区时间够大吗?
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hong_t
LV.6
23
2016-08-27 14:27
@hong_t
这是一个BUCK同步整流电路吧?死区时间够大吗?

D1,D4方向不对

D2,D6可以不要

R2,R3太大

D8, D9普通稳压管, 15V就好

 

 

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wayhe
LV.4
24
2016-08-27 15:02
@st.you
下管的开通速度过快,导致上管的电压变化率过高,弥勒效应使它导通了.可以尝试 D4的方向反一下,让下管开通速度慢一点,这样上管的弥勒效应就没那么严重.
他有提供驱动的波形,可以看到是下管的VGS电压在关闭后有干扰凸起,所以是上管开的太快。
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wayhe
LV.4
25
2016-08-27 15:04
@hong_t
这是一个BUCK同步整流电路吧?死区时间够大吗?
从示波器抓图可以看到,死区是足够的。
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k7k8k7k89
LV.1
26
2016-08-27 19:21

几天没来多了那么多回复,非常感谢大家

其实这是一个很经典的问题,我在另一个电源网上看了一堆大师的分析,总的来说这个问题非常棘手,特别是电压高电流大时,尖峰的原因和解决方法不是一两句能说清楚的

现在正在打一块新的测试板,有结果了再来发帖

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hong_t
LV.6
27
2016-08-27 19:42
@k7k8k7k89
几天没来多了那么多回复,非常感谢大家其实这是一个很经典的问题,我在另一个电源网上看了一堆大师的分析,总的来说这个问题非常棘手,特别是电压高电流大时,尖峰的原因和解决方法不是一两句能说清楚的现在正在打一块新的测试板,有结果了再来发帖

我有类似产品经验,电压不高,但电流是几十安的,也没有这样的波形

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2016-08-29 11:35
PWM的H和L没接?
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2016-08-29 15:20
@k7k8k7k89
几天没来多了那么多回复,非常感谢大家其实这是一个很经典的问题,我在另一个电源网上看了一堆大师的分析,总的来说这个问题非常棘手,特别是电压高电流大时,尖峰的原因和解决方法不是一两句能说清楚的现在正在打一块新的测试板,有结果了再来发帖
什么时候出结果呀~ 
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fjfhjmh
LV.9
30
2016-08-29 15:37
不错
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chunrol
LV.6
31
2016-08-29 17:14
D1 D4 反向,R1换成100-220R,R4不用改,R3改成1NF的电容,R2改成4.7K,C1加大点,改了不保证100%解决,至少减少80%,改好发红包过来
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