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求教:BUCK-BOOST升压电源的奇怪现象 汇报一

BUCK-BOOST升压电路,输入12V,输出20V2A,频率约40kHz.电路如图

 

问题是功率管发热严重,示波器看功率管导通时压降约1.2V到2.2V,奇怪的很.

问题困扰了很久,初次做电源电路,请各位同行指点迷津,谢谢了!

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2010-07-15 14:27
你用示波器看一下Q1的VGS波形,怀疑Q1开通的不充分。
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水蜘蛛
LV.8
3
2010-07-15 14:35

电路错了!D14阴极到GND接些电容试试。

电容量至少要到220U以上啊!

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2010-07-15 14:38
刚才忘了问,你R5前面来的驱动信号电平幅值是多少?
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as9901
LV.3
5
2010-07-15 15:44
@让你记得我的好
刚才忘了问,你R5前面来的驱动信号电平幅值是多少?

电容加到3300u没变化,前级是TL494,大约12v,VGS是方波,波形还可以,高电平10v多点,低电平大约1v不到.


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as9901
LV.3
6
2010-07-15 15:46
@as9901
电容加到3300u没变化,前级是TL494,大约12v,VGS是方波,波形还可以,高电平10v多点,低电平大约1v不到.
我也觉得是开关管导通不充分,但没法确定,把电感换成1欧电阻,导通电压就低多了,不明白
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2010-07-15 15:58
@as9901
电容加到3300u没变化,前级是TL494,大约12v,VGS是方波,波形还可以,高电平10v多点,低电平大约1v不到.
奇怪了,难道你的MOS管,3710是假货?
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as9901
LV.3
8
2010-07-15 16:35
@让你记得我的好
奇怪了,难道你的MOS管,3710是假货?
换过 IRF540,60N10,都是假的?
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2010-07-15 16:44
@as9901
换过IRF540,60N10,都是假的?
难不成电感饱和了?电流很大,要不你测一下电流波形和VDS、VGS波形一起比较看看?
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水蜘蛛
LV.8
10
2010-07-15 16:49
@让你记得我的好
难不成电感饱和了?电流很大,要不你测一下电流波形和VDS、VGS波形一起比较看看?

从1楼波型看;没饱和。是电路联错了

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2010-07-15 16:54
@水蜘蛛
从1楼波型看;没饱和。是电路联错了[图片]
嗯,是呀,VDS波形下面是按照一定斜率上升,应该是没有饱和。但是从原理图上看不出来原因啊。
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水蜘蛛
LV.8
12
2010-07-15 16:57
@让你记得我的好
嗯,是呀,VDS波形下面是按照一定斜率上升,应该是没有饱和。但是从原理图上看不出来原因啊。

他这种C3/E11的接法是有问题的。从低频电路看;冒似没啥问题,可在高频里,这么接的问题很多。

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2010-07-15 17:00
@水蜘蛛
他这种C3/E11的接法是有问题的。从低频电路看;冒似没啥问题,可在高频里,这么接的问题很多。

愿闻其详

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水蜘蛛
LV.8
14
2010-07-15 17:35
@让你记得我的好
愿闻其详

应该接成标准PFC的那个主电路。

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2010-07-15 17:41
@水蜘蛛
应该接成标准PFC的那个主电路。

这要看他后面电路对电源的具体使用情况了。比如,他后级电路和前面不共地,后面的地是前面的V+,那么他这么接线也是对的呀。

而且,不管是他这么接线,还是接成BOOST形式的。都解释不了3710导通后VDS电压那么高。

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水蜘蛛
LV.8
16
2010-07-15 20:21
@让你记得我的好
这要看他后面电路对电源的具体使用情况了。比如,他后级电路和前面不共地,后面的地是前面的V+,那么他这么接线也是对的呀。而且,不管是他这么接线,还是接成BOOST形式的。都解释不了3710导通后VDS电压那么高。

就是那个不是问题的问题导致的结果。

这里;没有不共地的可能。

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fsxqw
LV.9
17
2010-07-15 20:23
@让你记得我的好
这要看他后面电路对电源的具体使用情况了。比如,他后级电路和前面不共地,后面的地是前面的V+,那么他这么接线也是对的呀。而且,不管是他这么接线,还是接成BOOST形式的。都解释不了3710导通后VDS电压那么高。

Q1的开关速度被前面的图腾拖累了,建议增加RG电阻1-10欧姆的,Q13和Q10建议选用8050和8550,放大倍数一致要好,你现在的9014和9012都不是同一级别的器件,9014放大倍数远大于9012,就算放大倍数一样也不是能实现同步开关,所以你用起来的话VGS起始电压会比较高的,而在PWM低电平的时候,9012没有足够的放大能力,没能及时把GS电容放电,因为你用的是40KHZ的频率,9012开关时间慢,MOS类似工作在线性放大模式,你的DS波形已经说明了MOS处于线性和开关的临界状态,1.2V是接近开关模式,1.2V到2.2V时候完全是放大状态。MOS就会很热,希望我的回复能帮你解决问题。下面是一些参考:

这个电路看似简单,其实用起来要考虑的还比较多,简单谈谈个人的看法,先声明一下,只是随手总结,可能有不对或不足之处,

1)首先要确定的是你需要多少的驱动能力?要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?以MOSFET为例,驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联,门级电容有多大?MOS的Rg 有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。

2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。

3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。

4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?

5) 另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数,......这要坐下来算算了

6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。

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fsxqw
LV.9
18
2010-07-15 20:28
你的求助帖我回复了正确的内容给你,你尽快看完后试一试吧,我是佛山市蓝箭电子有限公司的对外应用工程师,你这个电路的器件完全可以用我司的,如果你还有更多产品开发和生产过程中遇到的问题也可以随时找我的。
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as9901
LV.3
19
2010-07-15 22:03
@水蜘蛛
就是那个不是问题的问题导致的结果。这里;没有不共地的可能。
后级不共地
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as9901
LV.3
20
2010-07-15 22:09
@fsxqw
Q1的开关速度被前面的图腾拖累了,建议增加RG电阻1-10欧姆的,Q13和Q10建议选用8050和8550,放大倍数一致要好,你现在的9014和9012都不是同一级别的器件,9014放大倍数远大于9012,就算放大倍数一样也不是能实现同步开关,所以你用起来的话VGS起始电压会比较高的,而在PWM低电平的时候,9012没有足够的放大能力,没能及时把GS电容放电,因为你用的是40KHZ的频率,9012开关时间慢,MOS类似工作在线性放大模式,你的DS波形已经说明了MOS处于线性和开关的临界状态,1.2V是接近开关模式,1.2V到2.2V时候完全是放大状态。MOS就会很热,希望我的回复能帮你解决问题。下面是一些参考:这个电路看似简单,其实用起来要考虑的还比较多,简单谈谈个人的看法,先声明一下,只是随手总结,可能有不对或不足之处,1)首先要确定的是你需要多少的驱动能力?要驱动的负载(一般可认为是功率管)有多少?以MOSFET为例,驱动其实就是对MOS的门级电容的充放电,这就要考虑你有几个MOS并联,门级电容有多大?MOS的Rg有多大,加上驱动回路寄生电感等,其实就是一个LRC串联回路。2)驱动能力用个简化的公式来算就是I=C*Du/Dt,MOS的门级电容先确定,再来考虑你准备要几V的门级电压,然后就是这个电压建立和消除的时间,也就牵涉到MOS的开通关断速度,这会直接影响到功率管的损耗及其它问题,如应力等。这几个想好了,所要的驱动电流也就出来了。3)得到这个所要的驱动电流,再考虑上驱动回路的一堆寄生参数等,也就可以推出你图腾柱电路需提供多少驱动电流(注意这是个脉冲电流)。4)这个时候再考虑的就是你PCB板layout的空间,位置,准备为这个电路花多少钱选器件,用MOS还是BJT,综合考虑,然后就想办法选器件吧,当然还要考虑IC的输出信号和你选的图腾柱器件(MOS或BJT)之间也是个回路,这会不会有问题?5)另外要考虑的是,这个图腾柱能不能彻底关掉,这就又要考虑N在上还是P在上,正开还是负开,比如选用PMOS做关断,关断时图腾柱输出会仍有一个等于Vgs电压的电压加在你的负载MOS上,如果这个电压高于你的负载MOS门槛的话,----这就意味着你没关掉,虽然你前面关掉了。更痛苦的是,前面和后面的MOS门槛电压tolerance都会非常大,再考虑到温度系数,......这要坐下来算算了6)还要重点考虑的是图腾柱的器件也是要损耗功率的,所以要考虑它的温度及功耗会不会有问题。
驱动换成8050和8550没改善,明天加RG试试,MOS还管用过IRF540和60N10,现象相同。三极管推动MOS好像用的挺多的。
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水蜘蛛
LV.8
21
2010-07-15 22:33
@as9901
后级不共地

这个电路里;只是你自己的参考地不同。实际工作地还是一个。

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2010-07-15 23:11

纵有千般理由,都无法解释,当VGS波形的平台有10V以上的时候,IR3710的导通压降居然那么大。除非是流过3710的电流也的确非常大。

强烈要求楼主把测到的波形拍照贴上来。

违背基本的物理学定律的东西,往往是工程师自己犯了低级错误。

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as9901
LV.3
23
2010-07-16 04:53
@水蜘蛛
这个电路里;只是你自己的参考地不同。实际工作地还是一个。
电源和地之间有电容,输出二极管和电源之间有电容,这个电路实际上是BUCK-Boost电路的转换,正变负而已,把电源看成地,地看成负电源,就是标准电路了.
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as9901
LV.3
24
2010-07-16 04:54
上班后把波形发上来,大家帮忙分析一下
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as9901
LV.3
25
2010-07-16 08:21

图:

1.VGS 2V/Div 下面的亮线是0伏

 

2.VDS 10V/Div

 

3.VDS 0.5V/DIV 下面的亮线是0伏


4.电感电流 串入0.1欧电阻测的 0.5V/Div下面的亮线是0伏

 


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水蜘蛛
LV.8
26
2010-07-16 09:59
@让你记得我的好
纵有千般理由,都无法解释,当VGS波形的平台有10V以上的时候,IR3710的导通压降居然那么大。除非是流过3710的电流也的确非常大。强烈要求楼主把测到的波形拍照贴上来。违背基本的物理学定律的东西,往往是工程师自己犯了低级错误。
过压了吧!
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as9901
LV.3
27
2010-07-16 13:01
@水蜘蛛
[图片]过压了吧!
哪里过压?
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2010-07-16 13:13
@as9901
图:1.VGS2V/Div下面的亮线是0伏[图片] 2.VDS10V/Div[图片] 3.VDS0.5V/DIV下面的亮线是0伏[图片]4.电感电流串入0.1欧电阻测的0.5V/Div下面的亮线是0伏[图片] 

从电感电流波形看,电感电流最小的时候,有4A左右,最大的时候,有12A左右?请确认是这样吗?因为图看的不太清楚。

你的输出只有20V/2A,你不觉得这个电感的输出电流太大了些吗?

另外,给你贴一下IRF3710datasheet上的截图

 

看我红线标出来的地方,当MOS的结温175度时,ID=12A左右,VDS大约0.7V不到。与你实测的虽然还有不小差距,但好像没有数量级的差别了。

我觉得你首先要确认电感电流的问题。

静候佳音!  

 

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as9901
LV.3
29
2010-07-16 16:29
@让你记得我的好
从电感电流波形看,电感电流最小的时候,有4A左右,最大的时候,有12A左右?请确认是这样吗?因为图看的不太清楚。你的输出只有20V/2A,你不觉得这个电感的输出电流太大了些吗?另外,给你贴一下IRF3710datasheet上的截图[图片] 看我红线标出来的地方,当MOS的结温175度时,ID=12A左右,VDS大约0.7V不到。与你实测的虽然还有不小差距,但好像没有数量级的差别了。我觉得你首先要确认电感电流的问题。静候佳音!   
电感电流差不太多,因为效率有70%多,算上占空比等就差不多了.我测过管子压降具体数字记不清了,不过10A电流时肯定比1V低很多,我再测一下
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as9901
LV.3
30
2010-07-17 07:21
@as9901
电感电流差不太多,因为效率有70%多,算上占空比等就差不多了.我测过管子压降具体数字记不清了,不过10A电流时肯定比1V低很多,我再测一下

3710参数:RDS(on)=23 mΩ VGS = 10V, ID =28A

按这个计算10V时VDS=0.644V  我现在大了一倍多 
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zjhyln
LV.4
31
2010-07-17 09:49

波形应该问题不大,你可以先校一下探头,用1*的档。

你提到效率为70%,那损耗大约为12W, 大部分的损耗在MOSFET上,假设有8W,不知道你选用的是什么样的散热器,如果不带散热器,3710节到空气的热阻为40℃/W, 那温升在320℃。

看你散热器的大小,小了3710发热很正常。

不正常的是你这个电路只做到70%的效率,实在太低了,再优化下电感的参数,MOSFET两端增加吸收电路。还有R5改为10欧姆,mosfet的门极加一个5.1欧姆的电阻

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