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mos导通时压降居然不为0???

大家好,我在调试一个36V转72V的boost电路,最近出现一个问题,烧了不少管子都没解决, 很苦恼,求助。

当负载电流小于10A的时候,电路能够正常输出72V。当负载大于10A左右,一上电就烧mos。现在基本排除过压击穿,用示波器发现击穿的原因是电流失控。截取了电压电流波形,发现开关管在Vgs>10V的时候,本应导通,结果现在竟然有20-30V的压降,导致输出不能达到72V,进而电感电流不断增大。mos管的开通 波形如下,各位帮忙看看可能是什么原因吧。

为了排除故障,现在开环做的测试:

驱动电路如下:(现在15V,-5V和地之间都加了0.1u和22u的电容)

 

现在驱动芯片输入用的信号发生器50%占空比,15V方波。

 

轻载时基本正常开通:

 

负载加大时,开通的驱动波形就有些奇怪,驱动电流有两个尖峰(奇怪啊,解释不通,关断时是一个尖峰,波形也很好)

 

再加大负载,一上电就烧管子了,应该是由于电流过大,下面是截取的不正常驱动波形

(开环)抓取了上电到炸管的几秒钟时间。开始看波形是完全正常工作的,然后就突然开始进入异常,然后炸管。下图是从正常到不正常的过渡阶段

开始正常:

 

随后过渡到不正常,Vds导通时不能降低到0V,输出电压Vo也跌落到和输入电压基本相同:

 

异常之后,电流出现增大,其间还能恢复几次

 

最终电流不断增大,电感饱和,炸管。可以看到,饱和电流大概在100-120A左右

 

(闭环)

 

 

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2011-08-15 13:06
上原理图看看,用什么IC作控制?MOS管用的是什么型号?
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2011-08-15 13:42
@edie87@163.com
上原理图看看,用什么IC作控制?MOS管用的是什么型号?
原理图就是基本的boost电路,现在为了测功率级,没接控制电路,用的信号发生器输入pwm信号,占空比约50%,让输出近似为70V。mos用的是ir的IRFP4568PBF,140V,170A。
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hanww2006
LV.4
4
2011-08-15 13:52
@fangchenplus
原理图就是基本的boost电路,现在为了测功率级,没接控制电路,用的信号发生器输入pwm信号,占空比约50%,让输出近似为70V。mos用的是ir的IRFP4568PBF,140V,170A。
本人愚见,可能是信号发生器驱动能力不足,你可以看一下
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2011-08-15 14:05
@hanww2006
本人愚见,可能是信号发生器驱动能力不足,你可以看一下

多谢你的回答,是我说的不清楚。驱动用的是TLP250(现在换成FOD3180),驱动电流有1A-2A,信号发生器只是给驱动芯片(光耦+推挽输出)的输入提供信号。从上面图中的绿色曲线也可以看到栅极的电流波形。确实达到了1.5A左右的峰值

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zhgr
LV.5
6
2011-08-15 15:48
@fangchenplus
多谢你的回答,是我说的不清楚。驱动用的是TLP250(现在换成FOD3180),驱动电流有1A-2A,信号发生器只是给驱动芯片(光耦+推挽输出)的输入提供信号。从上面图中的绿色曲线也可以看到栅极的电流波形。确实达到了1.5A左右的峰值

电路问题比较大!输出电流大时,D很小,而且开通不久象是过流保护电路动作!

最好传电路给大家分析。

 

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2011-08-15 22:09
@zhgr
电路问题比较大!输出电流大时,D很小,而且开通不久象是过流保护电路动作!最好传电路给大家分析。 
已经补充了电路,还有波形在1楼,请帮忙分析一下
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midway
LV.3
8
2011-08-16 06:04
@fangchenplus
已经补充了电路,还有波形在1楼,请帮忙分析一下

大胆猜想一下: 从刚开始不正常的波形来看,好像是二极管偶尔会恢复不及/漏电,所以这时会看到输出电压突降,而功率管和二极管这时都承受了巨大的电流,所以两者都有二三十伏的压降。跟着就是两者发热, 二极管漏更多,变成每次导通都漏,直至过热后MOS的DS完全短路。后来的振荡不是恢复几次,而是短路后的震荡.

不知道你用的是什么二极管? 估计换个快点的二极管, 或两管并联,可能就好了。另外就是驱动电路的退耦电容,如果用正负电的话,最好用两个电容分别从正负脚接到地,接点离MOS的S脚尽可能接近。

 

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2011-08-16 09:55
@midway
大胆猜想一下:从刚开始不正常的波形来看,好像是二极管偶尔会恢复不及/漏电,所以这时会看到输出电压突降,而功率管和二极管这时都承受了巨大的电流,所以两者都有二三十伏的压降。跟着就是两者发热,二极管漏更多,变成每次导通都漏,直至过热后MOS的DS完全短路。后来的振荡不是恢复几次,而是短路后的震荡.不知道你用的是什么二极管?估计换个快点的二极管,或两管并联,可能就好了。另外就是驱动电路的退耦电容,如果用正负电的话,最好用两个电容分别从正负脚接到地,接点离MOS的S脚尽可能接近。 

你说的很在理。因为我的电压不高,电流希望做的比较大,想做成同步整流。所以现在用的续流二极管是和主开关管一样的mos,irfp4568pbf,150V,170A,目前暂时利用其体二极管工作,手册上其反向恢复时间是100ns多点。不知道这个会不会导致上述现象?ps:按照这个原因来解释,确实对波形能够解释的通,但是不知道这个现象为什么在轻载的时候不会出现,在重载的时候就这么严重的表现出来了,从波形上看,有时甚至在导通达到us以上。

“另外就是驱动电路的退耦电容,如果用正负电的话,最好用两个电容分别从正负脚接到地,接点离MOS的S脚尽可能接近。”

这个我已经做了,电路图上没来得及画上。另外Vgs波形我是直接从mos引脚上测的,所以这个波形应该是准确的

 

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2011-08-16 10:17
电感饱和了,换个大点的磁材或者重新设计一个。
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2011-08-16 10:34
@qinzutaim
电感饱和了,换个大点的磁材或者重新设计一个。
这个应该不是,从波形图上可以看到,是电路先不正常一段时间后,电流持续增大,最后电感才在100A左右出现的饱和。我现在用的电感标称电流是100A
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midway
LV.3
12
2011-08-16 10:39
@fangchenplus
你说的很在理。因为我的电压不高,电流希望做的比较大,想做成同步整流。所以现在用的续流二极管是和主开关管一样的mos,irfp4568pbf,150V,170A,目前暂时利用其体二极管工作,手册上其反向恢复时间是100ns多点。不知道这个会不会导致上述现象?ps:按照这个原因来解释,确实对波形能够解释的通,但是不知道这个现象为什么在轻载的时候不会出现,在重载的时候就这么严重的表现出来了,从波形上看,有时甚至在导通达到us以上。“另外就是驱动电路的退耦电容,如果用正负电的话,最好用两个电容分别从正负脚接到地,接点离MOS的S脚尽可能接近。”这个我已经做了,电路图上没来得及画上。另外Vgs波形我是直接从mos引脚上测的,所以这个波形应该是准确的 
MOS的寄生二极管相对性能要差一些,你可以先并联个真正的肖特基二极管试试。 另要确保续流MOS的G,S不用时连在一起。 二极管的反向恢复跟负载有关,电流越大越严重,但是否完全是这个原因也不确定,只能一步一步试了。
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2011-08-16 11:08
@midway
MOS的寄生二极管相对性能要差一些,你可以先并联个真正的肖特基二极管试试。另要确保续流MOS的G,S不用时连在一起。二极管的反向恢复跟负载有关,电流越大越严重,但是否完全是这个原因也不确定,只能一步一步试了。

唉,刚并了一个肖特基作为续流二极管,还是毫不含糊的上电就把开关管炸了。续流mos的gs波形没来得及看,动手太快了,不过从我的电路上看,这时应该是-5V关断上管的,不然轻载的时候也不会正常工作了,除非这时候突然干扰加的很大,导致误导通,不过感觉不像啊,我再观察一下。

 

现在很悲惨的每想看一个波形就要炸一次管子

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midway
LV.3
14
2011-08-16 11:56
@fangchenplus
唉,刚并了一个肖特基作为续流二极管,还是毫不含糊的上电就把开关管炸了。续流mos的gs波形没来得及看,动手太快了,不过从我的电路上看,这时应该是-5V关断上管的,不然轻载的时候也不会正常工作了,除非这时候突然干扰加的很大,导致误导通,不过感觉不像啊,我再观察一下。 现在很悲惨的每想看一个波形就要炸一次管子

你上管用隔离另外一路隔离电源供电还是自举?

先把问题简化,干脆把上管拿掉,只用肖特基试试,先保证其他东西都能工作。

还可以先轻载上电, 然后负载一点一点加上去,看看是不是也会炸。

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ZZZYL
LV.3
15
2011-08-16 11:56
@fangchenplus
这个应该不是,从波形图上可以看到,是电路先不正常一段时间后,电流持续增大,最后电感才在100A左右出现的饱和。我现在用的电感标称电流是100A
电感饱和的可能性很大,刚开始时,电感的温度低,工作一段时间后温度髙导至饱和磁通密度低,所以饱和。
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2011-08-16 11:58
@midway
MOS的寄生二极管相对性能要差一些,你可以先并联个真正的肖特基二极管试试。另要确保续流MOS的G,S不用时连在一起。二极管的反向恢复跟负载有关,电流越大越严重,但是否完全是这个原因也不确定,只能一步一步试了。

上管驱动波形我观察了一下,应该没有误导通的,其电压在-5V附近很小范围波动,如下图黄色曲线。红色是上管电压波形,绿色电感电流,其有小尖峰是参考地波动的缘故,应该不是问题

 

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midway
LV.3
17
2011-08-16 12:08
@fangchenplus
上管驱动波形我观察了一下,应该没有误导通的,其电压在-5V附近很小范围波动,如下图黄色曲线。红色是上管电压波形,绿色电感电流,其有小尖峰是参考地波动的缘故,应该不是问题[图片] 

按这个来看的确不应该误通,但也可以先不接驱动把上管GS短路,完全排除大电流时受干扰误通的可能。

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2011-08-16 12:52
@ZZZYL
电感饱和的可能性很大,刚开始时,电感的温度低,工作一段时间后温度髙导至饱和磁通密度低,所以饱和。

这个我倒是没有考虑到,但是有两个信息:第一,我这个电感曾经在同频率的buck电路里用过,短时间工作在80A没有饱和。波形如下。第二,从波形图上看,才工作不到30ms就烧mos了,这么快应该不至于温度很高吧。

另外从波形图上看,电流大范围波动的时候在开关周期还是呈现三角波的形状,直至最后饱和,电流突然剧增

  

  

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2011-08-16 13:28
@midway
你上管用隔离另外一路隔离电源供电还是自举?先把问题简化,干脆把上管拿掉,只用肖特基试试,先保证其他东西都能工作。还可以先轻载上电,然后负载一点一点加上去,看看是不是也会炸。

多谢帮忙:)

上管是隔离电源的供电,没有用自举。

现在上管并了肖特基没有变好,下来只能试试把mos也去掉了,不过觉得不太像。

我的负载现在使用电阻丝模拟的,不能连续上电的时候连续调,不过取值我现在都是比较缓慢的变化。现在实验的结果是当负载较轻,电感电流小于10A,还没有炸过。当负载电流变大,上电之后就会立即炸管了。

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samelike
LV.2
20
2011-08-17 10:01
@fangchenplus
这个我倒是没有考虑到,但是有两个信息:第一,我这个电感曾经在同频率的buck电路里用过,短时间工作在80A没有饱和。波形如下。第二,从波形图上看,才工作不到30ms就烧mos了,这么快应该不至于温度很高吧。另外从波形图上看,电流大范围波动的时候在开关周期还是呈现三角波的形状,直至最后饱和,电流突然剧增 [图片]   

 

应该是电源振荡烧MOS,可能反馈没做好,或探头引起。

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2011-08-17 10:19
@samelike
[图片] 应该是电源振荡烧MOS,可能反馈没做好,或探头引起。
想问一下楼主,你这是实践电路测试的还是仿真
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midway
LV.3
22
2011-08-17 12:27
@fangchenplus
多谢帮忙:)上管是隔离电源的供电,没有用自举。现在上管并了肖特基没有变好,下来只能试试把mos也去掉了,不过觉得不太像。我的负载现在使用电阻丝模拟的,不能连续上电的时候连续调,不过取值我现在都是比较缓慢的变化。现在实验的结果是当负载较轻,电感电流小于10A,还没有炸过。当负载电流变大,上电之后就会立即炸管了。
其实boost上管不误通的话挺难炸的, 我还本科的时候搞一千瓦的PFC, 续流用ultrafast, 用面包板乱搭,基本是不接错线从不炸管的,所以你这情况还真不多见。
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2011-08-17 23:21
@思睿电子
想问一下楼主,你这是实践电路测试的还是仿真
是实测的
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2011-08-17 23:36
@midway
其实boost上管不误通的话挺难炸的,我还本科的时候搞一千瓦的PFC,续流用ultrafast,用面包板乱搭,基本是不接错线从不炸管的,所以你这情况还真不多见。

多谢。经过两天仔细查,确定是上管有时会误导通,干扰应该是控制回路以及驱动信号传输的时候引入的。现在上管短接gs,电流能够达到50A(当然只工作很短的几秒钟),算来功率有36×50=1.8kw。其实上管的发热相比下管好很多,现在的问题是散热,下管的电流再大就会热击穿了。不知道你有什么高见?

估计一下在100k的频率下,设开关是电流电压的变化时间100n,72V输出,70A电流,如果开通关断都硬开关的话,估计下管光开关损耗就要72V×70A×100ns×100kHz×2=100W。

这还没算导通损耗以及震荡的损耗。上管的压力倒是小很多。

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2011-08-17 23:59
@midway
其实boost上管不误通的话挺难炸的,我还本科的时候搞一千瓦的PFC,续流用ultrafast,用面包板乱搭,基本是不接错线从不炸管的,所以你这情况还真不多见。

另外,本来是想通过看Id看看开关过程的,可是由于电流比较大,如果d极多引几厘米的导线给电流探头看,增大的电感好像会对电路的运行有较大的影响。有其他办法看开关电流波形吗?

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amonson
LV.8
26
2011-08-18 00:29
@fangchenplus
是实测的

1. 驱动能力不够,驱动电阻减小一点

2.反馈环路很可能有问题,检查参数和布线

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midway
LV.3
27
2011-08-18 01:29
@fangchenplus
另外,本来是想通过看Id看看开关过程的,可是由于电流比较大,如果d极多引几厘米的导线给电流探头看,增大的电感好像会对电路的运行有较大的影响。有其他办法看开关电流波形吗?

果然是上管误通了,不过找到问题所在还是可喜可贺。

其实如果要连续输出1.8kW, 就算有95%的效率还是要散热90W, 所以风扇散热片啥的是省不了了。 至于下管发热问题,一般无非是几种办法: 多管并联,改多相交错并联,降开关频率,至于选哪种就看你的条件限制了。

如果想看ID电流,可以串个贴片电流感应电阻(1豪欧左右)试试。

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