北京高频逆变器维修500W高频逆变器设计
2024年05月11日 雪梨资讯
500W高频逆变器设计量产过程炸低压侧MOS如何一招解决?#逆变器# #开关电源# #MOSFET# #MOS# #电源设计#
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(1)前言:
客户这款逆变器采用推挽线路架构,BT电池输入电压为48Vdc,是专门方便48Vdc电动车使用而设计的,也可家用,不过要另配48V电池。整机参数如下:
1.1.输入BT电池电压为48V,支持电压范围43V~53Vdc;
1.2.输出交流电压为230Vac ± 10;
1.3.输出频率50Hz ± 2;
1.4.输出额定持续功率500W,峰值功率800W;
1.5.额定满载效率95%以上;
1.6.输入有BT电池欠压,过压,超温等保护;
1.7.输出有短路、过载、漏电保护。
图1 逆变压器参考原理图(非完整本案 网图 侵删)
(2)客户逆变器设计量产遇到的问题:
客户原设计输入端低压侧MOS单机2颗150V 75A 13mR Ciss:7200pF Crss:352pF TO-220封装,
MOS样品初步测试效率温升都没有问题,批量上线生产也没有问题。
批量交货时终端客户品质验货测试输入最高电压53Vdc上电瞬间出现炸机现象,经维修检测150V 低压MOS击穿。
(3)分析问题:
因样品MOS测试及批量生产测试过程都没有问题,沟通了解到量产测试与终端客户验货差异是:量产输入是用48Vdc测试,终端验货使用最高输入电压53Vdc测试上电瞬间出现炸机现象,经检测维修150V 低压MOS击穿。怀疑低压MOS Vds电压超过150V击穿。上研发工程的好助手示波器抓MOS Vds电压波形,实测关断尖峰180Vdc。
图2 示波器
如何降低低压MOS Vds关断尖峰呢?尝试更换一颗200V 70A 30mΩ Ciss:6200pF Crss: 460pF TO-220封装,再测试MOS Vds关断尖峰141Vdc。如下图3
图3 MOS Vds关断尖峰141Vdc
150V换200V MOS关断尖峰由180V降低到了141V,对比MOS两者主要参数差异:
150V 75A 13mΩ Ciss:7200pF Crss:352pF Vds关断尖峰180Vdc;
200V 70A 30mΩ Ciss:6200pF Crss: 460pF Vds关断尖峰141Vdc。
Ciss输入电容差异只会影响MOS Vgs驱动电压上升时间与米勒平台,主要是Crss反向传输电容影响MOS Vds关断尖峰。重要的事情说三遍:MOS Crss反向传输电容越小关断尖峰电压越高、MOS Crss反向传输电容越小关断尖峰电压越高、MOS Crss反向传输电容越小关断尖峰电压越高。
(4)解决方案:
客户这款逆变器采用推挽线路架构,因低压MOS电压关断尖峰超出规格导致击穿。MOS由150V更换为200V耐压可以解决MOS击穿问题。200V比150V成本要增加不少,并不是最优解决方案。
因已知是低压MOS关断太快导致MOS在输入53Vdc上电瞬间击穿,尝试修改驱动电路减缓MOS关断速度。图1原理图中红色字体A-B两点实际PCBA驱动线路元件同如下图4。
图4 低压MOS驱动电路(部分)
R11是MOS驱动开通电阻不变;
D88串联R88是驱动电路中加速MOS关断,MOS仍旧使用150V,将R88由10Ω修改成20Ω,实测MOS Vds关断尖峰电压中图5 138Vdc。
图5 MOS Vds关断尖峰138Vdc
为便于对比,列出MOS 150 V 75A 13mΩ在R88 10Ω与20Ω Vds关断尖峰电压:
R88 10Ω MOS Vds关断尖峰180Vdc;
R88 20Ω MOS Vds关断尖峰138Vdc;
MOS驱动电路关断线路电阻R88由10Ω加大到20Ω,Vds关断尖峰电压降低42Vdc,使用150V规格完全足够。
最终定案调整R88电阻阻值,成本一分钱不增加的情形下完美解决问题。客户依此线路调整,生产一年多没有任何问题。
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