[参考译文] PFC 电路熔断 MOSFET

Jonathan、您好、接地不正确。  "VBRIDGE_GND"不应直接连接 到 U2-1或任何其他控制器电路。  感应电阻器 R5/R15之后的所有元件、以及控制器和相关电路都应以 MOSFET 源极接地为基准。

您好、Ray 感谢您的快速回复、因此根据您的建议、我们尝试将控制器 IC 的 GND (引脚1)和其他无源组件的 GND 连接到 MOSFET 的源极参考 GND 引脚。 结果与以前完全相同。 以下是它的一些工作观察结果、

电感器波形(通过环形磁芯导线)显示 PWM (65kHz)处于突发模式、后跟缓慢开关波形(~12Hz)、该波形通过输入灯泡的闪烁可见。 当 PWM 处于活动状态时、波形上也会出现一些尖峰、这使我相信可能会触发过流(PCL)。 图像分别是 PWM 和慢速闪烁、

栅极波形如下所示、

PWM 每20m 秒触发一次(T = 80m 秒、12.5Hz)、如上所示。

这是一个输入闪烁的小剪辑、

e2e.ti.com/.../WhatsApp-Video-2021_2D00_10_2D00_14-at-11.20.32-AM.mp4

引脚电压如下、

VCOMP = 0.247V、VSENSE = 3.745V、VCC = 11.89V、VIN = 1.262V、Isen = 28.6mV、 ICOMP = 3.3~3.4V

注：-我已将 R13的值更改为44.6k、尝试降低输出值。 此外、输入通过自动变压器供电、栅极 PWM 从大约110至115V 开始、这符合我们设置的输入感应阈值。 为了限制输出功率、已移除感测电阻 R15、从而将一个值设置为0.1欧姆。
我们高度欢迎和赞赏任何类型的帮助或建议、

此致、
Jonathan Nadar。

您好、Jonathan、

很抱歉、如果您已经这样做了、但我想清楚地说明如何纠正接地。  您提到了添加接地连接、但您还必须从 这些节点上移除 VBRIDGE_GND、以便您将具有两个独立的接地网(VBRIDGE_GND 和 GND、正如我标记的那样)。  正如 您原始原理图 中所示(可能仍然存在)、感应电阻器(R5/R15)短接、因此没有输入电流感应信号进入控制器。  请参阅下图并确认您所做的更改：

您好 Ray、感谢您的回复、  

我们实际上根据您的建议进行了更改、其中我们为 IC (引脚1)、无源组件和其他电路提供了 MOSFET 源参考接地(GND)。 这是我们先前尝试过的更新原理图、

e2e.ti.com/.../6153.PFC_5F00_UCC28019.pdf

如果我需要进行任何其他更正以使其正常工作、请告诉我、

此外、考虑到 IC 定期提供 PWM、我能否假设它可能仍处于工作状态、是否有方法可以确定这一点。

此致、

Jonathan Nadar。

我再次尝试使用上述纠正措施测试电路、这次在未连接串联白炽灯泡的情况下、MOSFET 在超过80-85Vac 的输入阈值后再次爆炸(所有三个引脚都短路)。 MOSFET 栅极处持续的12V 电压似乎是其背后的原因、但这次它也会炸毁12V 辅助电路板的桥式整流器。 当辅助电路板的 GND 基准为 VBRIDGE_GND 时、以前没有发生过这种情况。

希望获得有关此设计的更多见解和建议。    

您好、Jonathan、

很遗憾、您在纠正接地问题后仍遇到此解决方案的问题。  以下是 需要考虑的一些事项：

• 您提到您正在使用自动变压器；如果它直接来自 A/C 线路、则 不会将其隔离。  如果是这种情况、则必须隔离探头。  请 确认您的 au毒 夫 mr 或您的示波器探头是否已隔离。  如果没有  、则连接探头时、您将短接桥。
• 您的电感器可能会饱和。  原理图显示为470uH/7A、但1kW 负载将从85VAC 拉取~13A rms。 在无负载的情况下、它可能无法达到该电平、但输出电容器仍会在开启时充电、并且可能会超过峰值电感器额定值。
• 我不建议使用电位计代替 R13、因为这会在 VSENSE 上引入噪声。  我建议 将其替换为固定电阻器。
• 输出电压反馈为1MEG 除以13.7K。  对于5V 基准、这是370Vdc (平均值)输出、这适用于240V 交流(339Vpk)、但不适用于240V + 10%= 264V 交流(373Vpk)。
• 使用5R 浪涌 NTC 不适合1kW 系统。   它们适用于低功耗、但在高功率时会过热。
• 栅极驱动中的4148 (D3)太小、无法处理峰值驱动电流。
• Cout 电荷旁路路径中的1N4007 (D2)太小、无法处理浪涌、即使 NTC 在前面也是如此。  此外、考虑 在 NTC 冷却得足够之前重新插件会发生什么情况。

尊敬的 Ray：

感谢您提供这些建议、以下是我对上述要点的看法、

• 我同意自动变压器不提供与电源的任何隔离、 但是、到目前为止、我仅使用跨接线的差分探头(无需隔离)测量了电感器电压摆幅波形(通过环形线圈周围的几匝)、并使用与电源隔离的独立 DSO 套件(红色套件)测量了栅极波形。 因此、我认为我没有意外造成任何短路。
• 我认为电感器饱和可能会发生(电感器电压波形中的尖峰似乎向其指示)、 但是、最终的负载只有几个串联的白炽灯泡(60W)、并且在没有任何升压操作的情况下、输出电压几乎接近输入整流电压(~120V)、我很难相信输出接近1kW。
• 我同意电位计拾取噪音，并会恢复至固定的13.7k 值。
• 实际上、我从未达到240V 交流输入的值、因为一旦超过80-85VAC 输入的阈值、输入灯泡就会开始发光(以12Hz 的频率闪烁)、这让我担心电流消耗过大 (我认为这两者之间的 PWM 脉冲可能是其背后的原因)
• 就组件规格而言(NTC 热敏电阻、LL4148、1N4007)、我同意您的观点、即对于此类功率级别、它们可能略为超出规格、但同样、由于我已经了解、输出端几乎没有任何明显的负载。 实际上并不是为了在满负载时驱动它。

总之、这里是正在发生的事情

• 在输入情况下、串联灯泡施加的栅极和电感器电压波形如上所示。 栅极以~12Hz 的频率触发 PWM、这也可通过灯泡闪烁来看到。 似乎有一些升压操作、例如当输入电压大约为100V 时、输出电压大约为117伏左右。 PWM 的周期性脉冲在上面的两个波形中可见。
• 在输入端、串联灯泡移除后、直到我们达到大约80-85VAC 的阈值、然后突然施加的栅极电压接近100% PWM、从而可能导致电感饱和并使 MOSFET 引脚短路。

我只剩下一个备用 IC 来再次测试它。 请告诉我是否有正确和安全的方法来继续。 还想知道是否有任何其他您想建议的更正。

此致、

Jonathan Nadar。

Jonathan、大家好、我在查看辅助电源 IC (MP-LS05-13B12R3)的数据表之前从未意识到过、引脚4无法接地。  这当然是您在上一步中纠正接地时损坏它的原因。  我想您 可以将该 IC 的引脚5接地、但我在数据表中的任何位置都看不到这一点。 我建议您 在继续之前对该 IC 进行更多研究。  您之前显示的低频振荡可能是由于该电路由于原始接地问题而脱落造成的。

在  UCC28019拆除后、如果您确信您已正确连接辅助电源、请将交流电源施加到该辅助电源、而不对 J2供电、并确保其稳定地调节直流电压。  然后尝试向其输出端添加负载(至 GND)、以确保其不会下降。  

完成该操作后、安装 UCC28019、确保 C16和 C18安装在 VCC 引脚7处(如果可能、则在1mm 以内)。  再次为辅助电源供电、以确保一切都正常。  只有这样、我才会尝试将交流电源重新应用到 J2。  在这方面、我不会在您的输入中使用白炽灯泡、因为这可能会引入另一个变量。

感谢 Ray 的建议、目前我已移除辅助电源、VCC 由12V 电池电源(带保险丝)供电。 C16 和 C18电容器距离 VCC 引脚约5mm。

我担心拆下输入灯泡会继续损坏元件、因为突然出现浪涌电流、我已经再次尝试了电路、这次 VCC 在引脚7上为12V。 当输入灯泡串联时、电路的行为与以前完全相同、输出电压约为150V 时、灯闪烁。 由于输出电压略高于输入电压、因此肯定会发生一些升压操作。  

我尝试发布一段视频、其中包含一些进一步的说明、以及包含一些确切详细信息的布局。

再次感谢。

好的、Jonathan、我将等待您提供更多信息。

Ray、您好、很抱歉让您等待

我上传了一个视频链接、其中显示了电路的工作情况、

https://drive.google.com/file/d/1mzWMNR4ex1TjvduxO-GF3vQVQpR1nfsp/view?usp=sharing

这是电路的布局、

已做更改- IC 引脚1 GND、12V 电池电源周围的所有无源组件均以 GND 网络为基准接地、而 R2 (180欧姆)连接到 VBRIDGE_GND。 红线是铜平面/布线被切断的位置、蓝色线是新连接、而棕色线是要忽略的布线。  

我很确定该电路几乎与 TI 建议的标准电路完全相同。

如果您发现有问题、请告诉我。

此致、

Jonathan。  

您好、Jonathan、

这很难进行远程调试。  除了我在前面的文章中指出的问题、原理图似乎足够接近基本功能。  我会验证 您的组件是否与原理图相匹配、然后重点介绍电路板的物理方面和测试设置。

我无法确切了解您是如何进行修改的、但我确实注意到您的电路板上有一些相当小的量规、长的导线发生跳线。  这些不会为您的功率级提供良好的接地。   除此之外、通过移除输入感应电阻器 R5/R15和欧姆电阻器、确保接地正确隔离、以确保 GND 网络和 VBRIDGE_GND 之间没有连接。

输入端的白炽灯泡 可能会导致  PFC 输入端出现较大波动；应将其移除。  要限制浪涌电流、您应关注 NTC 电阻器。  如果浪涌是您在此阶段的主要问题、我会将 NTC 增加到10Ω Ω、甚至更高(大小合适)、直到您解决其他问题。

您是否将升压 电感器更改为更可靠的器件？  如前所述、即使没有负载、也只需为输出电容器充电即可使其快速饱和。  不稳定可能会使 情况更糟。

考虑使用您的示波器检查其他信号、例如输入整流电压和 电感器电流。  这些可能会提供更多调试提示。

这就是我目前能够提供的所有内容。

尊敬的 Ray：  

感谢您迄今为止提供的所有帮助和建议、

目前、电路板上的所有元件值均符合原理图(浅蓝色文本)、

我尝试移除 R5和 R15、然后检查 GND 和 VBRIDGE_GND 之间的连接、发现它们彼此隔离、  

我还尝试卸下输入灯泡、然后测试电路、在达到特定的95 - 100 Vac 输入后、自动变压器开始振动 (之前也发生过这种情况、我假设这是由于高电流、可能是由于 PWM 长时间处于非常高的~100%导致的短路)、但这次 MOSFET 未熔断(短路引脚)。 我认为目前的限制可能已经被启动。

我对我们应用输入的方式有疑问、您认为这是通过自动变压器逐渐增加电压的正确方式吗？还是我应该通过现有的保险丝和 NTC 直接为其应用电源？

升压电感器仍然相同、这里是它的链接、

https://in.element14.com/abracon/atca-08-471m-v/inductor-470uh-7a-20-radial/dp/2665051?ost=atca-08-471m-v

电感器饱和似乎是有效的原因、但我认为这可能是由于上述 PWM 问题。 此外、我认为并联1n4007有助于避免初始启动过程中的任何浪涌、从而使输出电容器几乎与峰值输入电压相同。

我一定会尝试探测其他信号、例如输入脉动直流电流和电感器电流波形。 电路中的主电源环路  没有任何跳线连接、大多数细线仅用于测量电压。   

我计划通过 B10曲线 MCB 将电路连接到电源(240V)、如果不起作用、我将提出新的电路板布局。

我希望您能在有需要的情况下验证新布局。

谢谢、此致、  

Jonathan。  

尊敬的 Ray：

今天、我再次尝试在测量电感器电流波形的同时测试电路(通过 Rsense 上的 DSO 探针)。 我还将 MOSFET (带散热器)从 IRF840更改为 FCP190N65、该器件的额定电压接近600V、具有更好的 Rdson 值。

电感器仍会发热相当多(如果保持运行超过几分钟)。 电感器电压波形(输入接近120Vac 时)上有相当多的尖峰、随着我们接近更高的电压(~ 180 - 220Vac)、尖峰会降低。 这可能表示 MOSFET 导通和关断期间出现一些瞬时饱和。 电流波形没有明显显示饱和迹象、但这可能是由于红色 DSO 套件的时间刻度较大和分辨率较差。

我测量的功率级别如下、
VIN = 160Vac、Iin ~ 0.6A
VOUT = 371.6 Vdc、Iout ~ 0.25A
效率~ 96.7%

使用钳位表测量电流、所有值均以 RMS 为单位。 我希望这个计算是正确的。

电感器的发热是我担心的、因为它看起来有点异常。

请告诉我、除了电感器上的电流外、是否还有其他解决方案。

此致、

Jonathan。

尊敬的 Ray：

感谢您迄今为止提供的所有帮助和建议。

我想知道您是如何获得4A p-p 的电流纹波值的 我假设最大电流为0.27V Vmax / 0.1Ohm (Rsense)= 2.7A、这必须流经电感器、还是我缺少什么。 流经升压转换器电感器的平均电流等于输入电流、因此我想对于上述效率、它必须大约为0.603A。

我对电感器饱和持怀疑态度、因为它的额定 RMS 电流为7A、并且电流波形中没有尖峰、尽管电压波形中的尖峰可能指向其他东西。
我将尝试使用适当的 DSO 再次测量电流波形、并告知您。

再次感谢、
Jonathan Nadar。

尊敬的 Ray：
感谢您的建议。 在设计之前、我已经完成了 PCL 和 SOC 计算、建议值约为50m Ω、 但是、在观察到 MOSFET 正在烧断后、我担心电流限制没有正确触发、因此我将 Rsense 值更改为100m Ω。
不过、我认为监测 ISENSE 引脚以及观察电感器电流波形可能有助于找到电感器发热的真正原因。 我将在验证上述信号后通知您。

此致、
Jonathan。

尊敬的 Ray：

很抱歉不能早点回来。 自上次发布以来、我没有继续进行 PFC 测试、因此我没有任何更新。 如果我将来遇到与 PFC 相关的任何其他问题、我一定会告诉您。 直到那时，这个问题已经解决了。 感谢您的支持。

此致、

Jonathan。

当然