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簡單半橋Buck電路求助,有酬謝

本菜鳥在搞一個半橋Buck電路,原理圖和PCB如下:

Schematic

Top

Bottom

圖中沒畫輸入輸出端的大電解電容,實際測試時VIN和VOUT都對地接了470uF電解電容

現在問題是高臂導通瞬間,總是出現強烈震蕩,如下所示(紅色為VM即低臂漏極波形,黃色為LO即低臂柵極波形,VIN端輸入31V 1.5A,VOUT端對地接5歐負載,驅動為60kHz互補PWM,死區1us):

示波器

輸入這么小震蕩就這樣,如果把輸入加到100V+估計整個電路就廢掉了。不知道是不是我的PCB設計犯了什么嚴重錯誤,還是有其它原因?若哪位達人幫助解決這個問題,本菜鳥酬謝100元以表微薄心意,決不食言

全部回復(31)
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suiyi3
LV.5
2
2016-08-16 17:34
坐等結果
0
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2016-08-16 18:28

從波形上看,波形上有尖峰的負電壓。

至少可以證明,你的電壓探頭被干擾了。

采用測量紋波電壓的方式(彈簧探頭,或者去掉探頭夾子,用針尖和針尖旁邊的“地”點到DS引腳測試),測試下 DS直接電壓,更新圖片再分析,

如果尖峰還是較高,可以在D腳上串聯1個小磁珠抑制電壓尖峰,還可以講驅動電阻更新為33Ω左右。

 

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k7k8k7k89
LV.1
4
2016-08-17 02:18
@417zhouge
從波形上看,波形上有尖峰的負電壓。至少可以證明,你的電壓探頭被干擾了。采用測量紋波電壓的方式(彈簧探頭,或者去掉探頭夾子,用針尖和針尖旁邊的“地”點到DS引腳測試),測試下DS直接電壓,更新圖片再分析,如果尖峰還是較高,可以在D腳上串聯1個小磁珠抑制電壓尖峰,還可以講驅動電阻更新為33Ω左右。 
謝謝,我按您的做法試一下,稍后把測試結果發上來
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k7k8k7k89
LV.1
5
2016-08-17 04:03
@417zhouge
從波形上看,波形上有尖峰的負電壓。至少可以證明,你的電壓探頭被干擾了。采用測量紋波電壓的方式(彈簧探頭,或者去掉探頭夾子,用針尖和針尖旁邊的“地”點到DS引腳測試),測試下DS直接電壓,更新圖片再分析,如果尖峰還是較高,可以在D腳上串聯1個小磁珠抑制電壓尖峰,還可以講驅動電阻更新為33Ω左右。 

摘掉探頭帽重試了一下,低臂D極是沒有負尖峰的,但是G極受震蕩干擾確實有負尖峰,下面是低臂D級波形(20V 0.9A輸入):

把驅動電阻改為20R(沒33R的電阻),并把驅動二極管反接后,尖峰確實降低了,但仍超過輸入電壓的二倍:

再增大驅動電阻我覺得不太好了,對效率和其他性能影響較大,而且此時G極上升沿已是非常平緩了,以下為低臂G極波形:

圖中負尖峰位置對應高臂導通的瞬間,這個尖峰在空載時是沒有的

由于電路要跑到8A,所以串磁珠可能不太好使

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2016-08-17 08:26
@k7k8k7k89
摘掉探頭帽重試了一下,低臂D極是沒有負尖峰的,但是G極受震蕩干擾確實有負尖峰,下面是低臂D級波形(20V0.9A輸入):[圖片]把驅動電阻改為20R(沒33R的電阻),并把驅動二極管反接后,尖峰確實降低了,但仍超過輸入電壓的二倍:[圖片]再增大驅動電阻我覺得不太好了,對效率和其他性能影響較大,而且此時G極上升沿已是非常平緩了,以下為低臂G極波形:[圖片]圖中負尖峰位置對應高臂導通的瞬間,這個尖峰在空載時是沒有的由于電路要跑到8A,所以串磁珠可能不太好使

要工作到8A,那么電感電流肯定是連續的,關斷的時候電流很大,再要減小尖峰只能從MOSFET的DS之間串聯RC或者RCD的吸收了。

硬開關的工作,會產生尖峰,是正常的。

還可以在Q1-D和Q2-S之間放上一個薄膜電容(類似金屬化聚丙烯電容),1uF或者2.2uF,提供尖峰電壓吸收作用。

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2016-08-17 11:14
帖子已被設置為頭條,恭喜樓主可添加電源網私人官網微信(dianyuan_com)為好友,領取現金紅包(備注信息:頭條紅包)

      注:現金紅包僅限當日領取

      活動介紹:http://www.cubesun.cn/bbs/1529195.html

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2016-08-17 11:53
已經被添加到社區經典圖庫嘍
http://www.cubesun.cn/bbs/classic/
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k7k8k7k89
LV.1
9
2016-08-17 17:35
@417zhouge
要工作到8A,那么電感電流肯定是連續的,關斷的時候電流很大,再要減小尖峰只能從MOSFET的DS之間串聯RC或者RCD的吸收了。硬開關的工作,會產生尖峰,是正常的。還可以在Q1-D和Q2-S之間放上一個薄膜電容(類似金屬化聚丙烯電容),1uF或者2.2uF,提供尖峰電壓吸收作用。

電流是連續的,然而尖峰發生在Q1導通瞬間,MOS關斷時沒有明顯尖峰。您兩個方法我都試了(RC吸收用22R,100nF),尖峰會矮那么一丁點但還是超過輸入的2倍。這個尖峰帶來的最嚴重問題是干擾G極波形(見上面低臂G極波形的負尖峰),燒前面的驅動芯片和CPU,我已燒了兩塊CPU

MOS寄生二極管的恢復時間和結電容很可能是影響尖峰的關鍵因素,以前看到一個帖子說RC吸收反而使波形變壞我也遇到過

我覺得肯定有解決之道,否則全橋逆變就沒法做了,那個輸入電壓可是接近400V的

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2016-08-17 18:49
@k7k8k7k89
電流是連續的,然而尖峰發生在Q1導通瞬間,MOS關斷時沒有明顯尖峰。您兩個方法我都試了(RC吸收用22R,100nF),尖峰會矮那么一丁點但還是超過輸入的2倍。這個尖峰帶來的最嚴重問題是干擾G極波形(見上面低臂G極波形的負尖峰),燒前面的驅動芯片和CPU,我已燒了兩塊CPUMOS寄生二極管的恢復時間和結電容很可能是影響尖峰的關鍵因素,以前看到一個帖子說RC吸收反而使波形變壞我也遇到過我覺得肯定有解決之道,否則全橋逆變就沒法做了,那個輸入電壓可是接近400V的

下管Q2應該是提前關斷的吧,關斷了后,并聯Q2的二極管D6續流。

可以試試D6和D2用肖特基管3個200V的串聯,看看是否因為二極管的特性問題造成的。

 

 

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k7k8k7k89
LV.1
11
2016-08-18 02:22
@417zhouge
下管Q2應該是提前關斷的吧,關斷了后,并聯Q2的二極管D6續流。可以試試D6和D2用肖特基管3個200V的串聯,看看是否因為二極管的特性問題造成的。  

對,一般來說Q2肯定要提前關斷的,這就是死區的目的。我試過縮小死區以短時間直通為代價確實可以消除尖峰,但這不是辦法。D2和D6是我為了增強死區續流能力而添加的,一般是不需要的(寄生二極管可以續流),我也沒看別人這么用過,但去掉D2和D6也不能改善尖峰

這問題困擾我許久,再等一天解決不了我就去花錢請老師了。一樓的失敗的PCB我還剩幾塊,誰要的話我可以免費奉送,不過應該不可能有人要吧

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2016-08-18 08:42
@k7k8k7k89
對,一般來說Q2肯定要提前關斷的,這就是死區的目的。我試過縮小死區以短時間直通為代價確實可以消除尖峰,但這不是辦法。D2和D6是我為了增強死區續流能力而添加的,一般是不需要的(寄生二極管可以續流),我也沒看別人這么用過,但去掉D2和D6也不能改善尖峰這問題困擾我許久,再等一天解決不了我就去花錢請老師了。一樓的失敗的PCB我還剩幾塊,誰要的話我可以免費奉送,不過應該不可能有人要吧

我瞎猜一下,

 

下管續流的時候,Q1打開,電感的電流減小變成增加,D6還要反向恢復時間,這個瞬間Q1未完全打開,和D2并沒有把電感續流的這個電流充到Vin里面去。

導致這個尖峰很高。

如果尖峰是由于D2的速度不夠快?應該在D2上并聯RC會有點效果的。

或者在Q1-D和Q2-S上增加吸收電容,會有效果。

 

 

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k7k8k7k89
LV.1
13
2016-08-18 16:35
@417zhouge
我瞎猜一下, 下管續流的時候,Q1打開,電感的電流減小變成增加,D6還要反向恢復時間,這個瞬間Q1未完全打開,和D2并沒有把電感續流的這個電流充到Vin里面去。導致這個尖峰很高。如果尖峰是由于D2的速度不夠快?應該在D2上并聯RC會有點效果的?;蛘咴赒1-D和Q2-S上增加吸收電容,會有效果。  

又按您的方法在D2上并聯RC試了一下,還是沒用。Q1-D和Q2-S上接CBB電容前天試了,Q2-D波形會變平,但尖峰基本沒受影響。在這個電路上各種怪招我都試過,有人說尖峰是VM寄生電感引起,我試過在Q1-S和Q2-D上接CBB電容,沒用

準備找老師去,若能解決再來分享解決方案

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2016-08-18 18:09
@k7k8k7k89
又按您的方法在D2上并聯RC試了一下,還是沒用。Q1-D和Q2-S上接CBB電容前天試了,Q2-D波形會變平,但尖峰基本沒受影響。在這個電路上各種怪招我都試過,有人說尖峰是VM寄生電感引起,我試過在Q1-S和Q2-D上接CBB電容,沒用準備找老師去,若能解決再來分享解決方案
等著你解決了分享措施。
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水若藍
LV.1
15
2016-08-19 08:53

有幾個問題需要搞清楚一下:

1輸入電源是怎么來的,測試輸入波形了沒?

2輸出加電感的目的是為了什么?

3為了消除mos的寄生電感電容的影響,用二極管和電容哪個比較合適?

4TVS是吸收瞬間能量的,用在此處是否合適?設計應用場合如何?車載還是工業,消費類?

5 60khz高頻下,開關頻率對mos性能有何影響,遲滯和反應時間需要如何處理?

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k7k8k7k89
LV.1
16
2016-08-19 15:33
@水若藍
有幾個問題需要搞清楚一下:1輸入電源是怎么來的,測試輸入波形了沒?2輸出加電感的目的是為了什么?3為了消除mos的寄生電感電容的影響,用二極管和電容哪個比較合適?4TVS是吸收瞬間能量的,用在此處是否合適?設計應用場合如何?車載還是工業,消費類?560khz高頻下,開關頻率對mos性能有何影響,遲滯和反應時間需要如何處理?
哥們,你的問題有不少也是我想問的,不過有些問題比如問題2就有點太。。。了
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wayhe
LV.4
17
2016-08-24 21:53

我也遇到過類似的問題,在低端MOS的VGS信號關閉后,又有一個干擾突起,MOS管的米勒效應。

改善的方法:

1,在驅動電路里加有源鉗位電路,應該是最有效的方案;

2,增加上管柵極驅動電阻,減緩上管導通速度(會降低效率,因此需要折中考慮);

3,在MOS管的G與S端并電容,吸收掉一些米勒效應的沖擊(同樣減緩開關速度,會降低效率,因此需要折中考慮);

4,加RDC吸收網絡;

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wayhe
LV.4
18
2016-08-24 22:08
另外你圖上的D1和D4方向反了,反過來應該有明顯改善。一般MOS驅動是開通要慢,關斷要快。驅動電阻應該適當加大10-100R之間。
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st.you
LV.10
19
2016-08-25 17:35
下管的開通速度過快,導致上管的電壓變化率過高 ,彌勒效應使它導通了.可以嘗試 D4的方向反一下,讓下管開通速度慢一點,這樣上管的彌勒效應就沒那么嚴重.
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zhanghuawei
LV.9
20
2016-08-25 19:00
@st.you
下管的開通速度過快,導致上管的電壓變化率過高,彌勒效應使它導通了.可以嘗試 D4的方向反一下,讓下管開通速度慢一點,這樣上管的彌勒效應就沒那么嚴重.
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2016-08-26 10:13

R2,R3用1M的電阻?

我只想知道是不是真的

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hong_t
LV.6
22
2016-08-27 14:22
這是一個BUCK同步整流電路吧? 死區時間夠大嗎?
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hong_t
LV.6
23
2016-08-27 14:27
@hong_t
這是一個BUCK同步整流電路吧?死區時間夠大嗎?

D1,D4方向不對

D2,D6可以不要

R2,R3太大

D8, D9普通穩壓管, 15V就好

 

 

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wayhe
LV.4
24
2016-08-27 15:02
@st.you
下管的開通速度過快,導致上管的電壓變化率過高,彌勒效應使它導通了.可以嘗試 D4的方向反一下,讓下管開通速度慢一點,這樣上管的彌勒效應就沒那么嚴重.
他有提供驅動的波形,可以看到是下管的VGS電壓在關閉后有干擾凸起,所以是上管開的太快。
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wayhe
LV.4
25
2016-08-27 15:04
@hong_t
這是一個BUCK同步整流電路吧?死區時間夠大嗎?
從示波器抓圖可以看到,死區是足夠的。
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k7k8k7k89
LV.1
26
2016-08-27 19:21

幾天沒來多了那么多回復,非常感謝大家

其實這是一個很經典的問題,我在另一個電源網上看了一堆大師的分析,總的來說這個問題非常棘手,特別是電壓高電流大時,尖峰的原因和解決方法不是一兩句能說清楚的

現在正在打一塊新的測試板,有結果了再來發帖

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hong_t
LV.6
27
2016-08-27 19:42
@k7k8k7k89
幾天沒來多了那么多回復,非常感謝大家其實這是一個很經典的問題,我在另一個電源網上看了一堆大師的分析,總的來說這個問題非常棘手,特別是電壓高電流大時,尖峰的原因和解決方法不是一兩句能說清楚的現在正在打一塊新的測試板,有結果了再來發帖

我有類似產品經驗,電壓不高,但電流是幾十安的,也沒有這樣的波形

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2016-08-29 11:35
PWM的H和L沒接?
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2016-08-29 15:20
@k7k8k7k89
幾天沒來多了那么多回復,非常感謝大家其實這是一個很經典的問題,我在另一個電源網上看了一堆大師的分析,總的來說這個問題非常棘手,特別是電壓高電流大時,尖峰的原因和解決方法不是一兩句能說清楚的現在正在打一塊新的測試板,有結果了再來發帖
什么時候出結果呀~ 
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fjfhjmh
LV.9
30
2016-08-29 15:37
不錯
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chunrol
LV.6
31
2016-08-29 17:14
D1 D4 反向,R1換成100-220R,R4不用改,R3改成1NF的電容,R2改成4.7K,C1加大點,改了不保證100%解決,至少減少80%,改好發紅包過來
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