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[参考译文] 当串联 L 作为滤波器连接时、推挽式变压器输出端的桥式整流器的输出为何会超过1KV?

Guru**** 2535750 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC27524A, UCC21520EVM-286, UCC21520, UCC27712

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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/781191/why-do-the-output-of-the-bridge-rectifier-at-the-output-of-the-push-pull-transformer-shoots-to-more-than-1kv-when-a-series-l-is-connected-as-a-filter

主题中讨论的其他器件:UCC27524AUCC21520EVM-286UCC21520UCC27712

我正在设计一个初级侧采用 PushPull 拓扑的太阳能逆变器。我的变压器设计用于在次级侧产生400V 的峰值电压。我实际上将电桥放置在变压器的输出端、在整流器的输出端找到400V 的脉动直流电压。但当我这么做时 连接 LC 滤波器 I 碰巧看到电压会击穿到 kV 范围(在整流器上)。为什么会这样? 我应该重新设计我的导管或值吗? 如何设计导管或推挽式变压器?我已将其设计为5A 输出。

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    尊敬的 Amal:

    感谢您在 E2E 上发布您的设计问题、我们很乐意为您提供帮助、但我们需要一个原理图才能发表评论。  您是否愿意提供有关此主题的原理图、请参阅?

    此致、

    ~Leonard  

     

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      您好 Leonard、

    感谢您的支持。我已附上原理图的屏幕截图。请注意、我使用的推挽式变压器的输入范围为24-36V、输出电压最大为400V、额定电流为5A。 未安装 LC 时、我得到400V 整流输出。但安装 L 时、我得到400V 整流输出 我得到的波形具有 kV 范围峰值。仅具有两个峰值的波形是放置 L 和 C 后的输出。请注意、我没有安装原理图中显示的任何缓冲器组件。我的缓冲器值是否正确? 如何计算此类电路的缓冲器值?

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      海伦纳德

    请参阅我在安装 Snubber 电路并在直接连接到电感器输出的200W 负载下进行测试时获得的波形。但我发现我的500欧姆额定功率20W 的功率电阻器热至100摄氏度。我还应该如何处理? 请注意、计算得出的 Lmin 为1.85mH、Cmin 为2.5uF。

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    尊敬的 Amal:

    欢迎回来参加 e2e。 这是来自高功率驱动器组的 AE Mamadou Diallo。

    从您的设计来看、我没有看到 TI 器件、因此我无法评论可能的根本原因。
    但是、您可以将以下链接视为有助于解决光伏逆变器设计关键注意事项的起点。

    www.ti.com/.../tidub88a.pdf
    training.ti.com/systems-made-simple-solar-inverters

    此致、

    -Mamadou
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    Hai Mamadou

    实际上、我没有在这里发布整个原理图。我们使用 UCC27524A 来驱动初级 MOSFET、并且 LC 的输出连接到使用 UCC27712DR 驱动的 H 桥。实际上、整流器输出的电压过冲会导致栅极驱动器烧毁。它的额定值为 A 最大620V、绝对最大值为700V。请帮助解决此问题、以免烧毁 UCC27712DR 栅极驱动器。

    我还附上了相同的原理图。

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    尊敬的 Amal:

    感谢您的澄清。

    从栅极驱动器的角度来看、我有一些意见/建议:
    在 U1和 U2上、作为使用半桥驱动器时的通用指南、您希望偏置电容器的大小至少为引导电容器值的10倍、以便为高侧 FET 提供足够的偏置。
    -您的自举电容器的大小也应根据您的栅极电荷/栅极电容而定。 Cboot 还应(作为一般准则)为栅极电容的10倍、以防止高侧降至 HB-HS UVLO 阈值以下。
    数据表的第8.2.2.6节和复制的应用手册详细说明了如何选择这些组件。
    www.ti.com/.../ucc27712.pdf
    www.ti.com/.../slua887.pdf

    话虽如此:
    您是否在没有缓冲器电路的情况下过冲? 在没有 LC 滤波器的情况下、整流器的输出是什么样的? 在您之前的范围内、是否有没有 LC 滤波器的黄色和蓝色波形(第1波和第3波形)?
    如果没有滤波器就没有过冲、那么我们可以重点讨论可能会怀疑您的缓冲器电路有问题的问题。
    作为完整性检查、初级侧和次级侧电压是什么样的? 请标记捕获的波形的所有通道并指定运行条件。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、

    是的、我一定会在我的设计中实施有关栅极驱动器的更改。

    "在没有缓冲器电路的情况下、是否有过冲?"

    是的、我确实在没有缓冲电路的情况下过冲。

    '如果没有 LC 滤波器、整流器的输出是什么样的?'

    不带 LC 和缓冲器的整流器的输出如下所示:通道为200V/div。

    仅安装了 L 且未安装 C 的整流器的输出如下所示:请注意、仅安装 L 时、峰值击穿至1400V。通道为500V/div。

    同时安装 L 和 C 的整流器的输出如下:通道为1KV/div。

    我们的假设是、在设计中实现电感器后、峰值冲至1400V、只有在这之后、波形峰值冲至1400V。

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    您好、Mamadou、

    请参阅下面显示的波形是采用阻尼器以及安装 LC 的波形。是的、缓冲器确实消除了我们在具有 L 和 C 的波形中看到的所有振铃、并在给出较低占空比时为我们提供了一个简洁的波形 初级侧。缓冲电阻器加热至40度。电路中的二极管 D7也开始加热。

    当初级侧的电流增加时、您可以看到电桥波形的输出如以下所示发生变化:二极管 D7温度缓慢升高、电阻器的温度高于40摄氏度。

    当一次侧电流增加到25安以上至30安时、整流器上的波形会如下图所示发生变化、二极管的温度极高、最高可达120度、缓冲电阻器的温度也高达120度:

    初级侧 MOSFET 的漏极波形如下所示:初级侧也出现相同的振铃。以下是初级侧上安装的两个可探测到接地的 MOSFET 的漏极。

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    尊敬的 Amal:

    感谢您提供更多信息。

    观察您的示波器屏幕截图、在没有 LC 和缓冲电路的情况下、整流器的输出在400Vpp 时似乎正常。 振铃和显著的电压降看起来不是问题。 该期间的电流是多少?

    正如您指出的、缓冲器消除了前面波形中显示的所有振铃。 如您所知、缓冲电路应通过吸收能量(存储在电感器中)来消除振荡、方法是对缓冲电容器进行充电、并通过电阻器释放缓冲电容器中存储的能量、在该电阻器中、您会发现一些能量耗散会导致发热。 您可以使用以下公式来估算电感器中的该能量:e =[L x (I)^2]/ 2、其中 L 是您的电感器、I 是流经电感器的电流。

    假设损耗极小、该能量将等于缓冲电容器中存储的能量、该能量也可通过估算:e =[C x (V)^2]/2、其中 C 是缓冲电容器、V 是最大预期电压。 耗散的能量将与流经电感器的电流成正比、因此电感器越高、耗散的能量就越多、因此温度越高。 因此、您应该确保您选择的组件能够承受预期的能量耗散而不会造成损坏。

    下面的应用手册可能对您有所帮助、其中讨论了通用缓冲电路的设计指南及其应用。
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    Hai Mamadou

    正如您所说、整流器的输出非常好。我一定会测量从整流器输出流出的电流并通知。

    正如前面所说,缓冲器只能在初级中的特定流量下为我工作。我的意思是,初级 中的整流器输出只能保持接近16A 或17A 的电流。之后的情况是, 当我增加初级侧占空比时、当更多电流流向初级侧时、确实有更多电流流入次级侧。

    显示的波形是初级侧电流小于16A 时、通过带缓冲器的桥式整流器的输出:

    在这之后,当我增加一次侧占空比时,更多的电流流入一次侧线圈,您可以看到桥式整流器上的输出波形开始显示一个小振铃,振荡开始再次启动,电阻器变得越来越热。

    请参见下图:

    为什么在初级电流增加后、形状会突然变化? 为什么会再次出现振荡? 我们发现、第一个时平坦的上缘开始缓慢振铃。请注意、在这种情况下、缓冲电阻器开始变得非常热、而在某些情况下、二极管也开始加热。

    我们注意到、如果我们在20A 之后使占空比保持恒定并观察波形、则振铃会自动增加、从而自动从初级侧汲取电流。

    请您向我说明这种现象背后的可能原因。

    这样做的可能原因是什么:当初级侧的电流增加时、振荡再次开始出现在初级侧、缓慢并且即使通过使用控制器固定占空比来保持电流恒定、振荡也会逐渐增加。?

    事实是、当我探测初级波形的两个通道时、我发现两个 MOSFET 的漏极电压中出现了类似的振铃、这两个 MOSFET 用于初级开关。我发现初级侧的振铃完全相同、这是由于次级输出造成的。

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    您好 Ammal、

    从漏极电压的最后一个波形来看、Q12和 Q14看起来是同时导通的。 我假设您正在探测变压器初级绕组上的引脚1和引脚3。 如果放大一个完整周期、黄色波形下降沿(~42V 至~21V)与蓝色波形上升沿(~0至~20V)重合、则两者都保持高电平(~20V)一段时间(不确定图片的时间刻度) 在蓝色波形变为~42V、黄色波形下降至~0V 之前。

    您能否探测 Q12和 Q14的栅极进行确认?

    此致、

    -Mamadou
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    Hai Mamadou

    我想您已经误解了我发布的波形。

    请参见下图:

    请参阅 下面的缩放图像:

    请注意、我们在设计中使用推挽式变压器。首先、让我明确一下 FET Q12和 Q14的漏极电压。您在波形中看到的是、当变压器的一个通道或一个线圈导通时、我们在中看到了 波形是其他线圈上的反向电压、当时它是关断的。我看到您之前提到过、两个通道在一段时间内都显示24V 的电压。请注意、两个通道当时都是关断的、死区也是关断的 以避免击穿。

    请参阅下面的栅极波形:

    主要是您对我在上一篇文章中提到的缓冲器问题有什么建议。缓冲器往往在较低的电流下工作、但振荡在一段时间后重新出现、主要是当更多电流流入初级侧时?

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    您好 Ammal、

    感谢您的说明。

    查看栅极波形、您的栅极信号看起来不错、因此我们可以排除您设计的栅极驱动部分。

    电流较高时的过冲问题可能与布局、RC 缓冲器组件选择等诸多因素相关。 但是、正如您之前所述、缓冲电路仅在低电流条件下工作、这一事实让我相信您的组件一定未被正确选择。 缓冲电路的主要功能是从根本上帮助消除桥式整流器输出端出现的高电压尖峰。

    我建议首先确定您的设计中出现振铃的原因、我怀疑这可能是由于从初级侧流经变压器的泄漏电流最终到达桥式整流器输出、并且可能接近或超过二极管的额定值所导致的 发热。

    此外、您可能不会考虑设计的最大电流能力。 对于您的缓冲电容器而言、2.2uF 可能太大、在大多数情况下、该值通常以 nF 为单位、具体取决于要求。
    缓冲器电路需要能够存储并耗散这么多的能量 E =[C x (V)^2]/ 2 =[L x (I)^2]/2。

    请查找复制的应用手册、其中详细讨论了缓冲电路设计、您可能会发现该手册对查看组件选择有帮助:
    www.ti.com/.../slup100.pdf

    如果您有其他问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、

    同时尝试您为我们的设计提出的建议、我碰巧看到了一个特定的设计。您对下面所示的设计拓扑有何建议:

    我的意思是尝试修改这个设计中所示的桥式整流器部分。您对此有什么建议。您只能看到两个二极管和两个 FET、拓扑中没有任何串联的电感器进行滤波。它只有大容量电容器并联。您对此有何感受 我和我一起使用了 UCC21520evm-286。我是否应该尝试使用此拓扑来驱动我的系统。我的意思是使用来自初级侧的相同栅极信号来驱动具有隔离驱动器的桥式整流器上的 MOSFET。

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    您好 Ammal、

    您当然可以尝试这种新拓扑、尽管我不确定设计来自何处、但您的总线电压似乎在 FET 和二极管功能范围内。 该变压器的泄漏电流可能比上一个拓扑的泄漏电流低、这绝对值得尝试。

    UCC21520可以驱动这些 FET、但我不认为栅极驱动部分是问题所在、但尝试它不会有任何影响。 如果过冲与之前的拓扑类似、则驱动器可能仍会发热。 为此、您甚至可以使用 UCC21520 EVM 或 UCC27712尝试使用此拓扑。 如果您使用的是 UCC21520、请考虑让驱动器尽可能靠近它所驱动的 FET、这可能是一个挑战、因为您将使用从 EVM 到 FET 的连接器/导线、但同样、它确实值得一试。

    请尝试一下、如果您遇到进一步的问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、

    我确信您是模拟领域的专家。我已经看到您在许多文章中提到过、我现在面临的过冲可能是变压器漏电感造成的。实际上、如何确定我现在面临的问题是由引起的 泄漏电感?

    我一定会尝试一下我昨天发布的设计。

    我看到您曾提到过"如果存在与先前拓扑类似的过冲、驱动器可能仍会发热。" 希望您还记得、当我们将电感器与整流器输出串联时、我们曾发生过冲。当我们放置缓冲器时、 我们遇到加热问题的电阻器中的峰值正在耗散。为什么您说在这种情况下可能会发生过冲和驱动器过热?实际上、我们在本设计中的桥式整流器之后没有任何电感器、而只是有大容量电容器 保持。

    您是否希望我们在该设计中看到 FET 上的相同振铃?

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    您好 Ammal、

    我对误解表示歉意!

    我想说的是、如果问题的根本原因是电感器、那么您仍然会遇到相同的问题、但由于您现在使用的是不同的设计、您可能不一定会看到过冲。 您之前在3月12日说过"...实际上、整流器输出的电压过冲会导致栅极驱动器烧毁..." 但是、由于您不会在这个新设计中使用电感器、这应该不再是一个问题。

    考虑我们之前讨论过的与栅极驱动器(此处和前一个主题)相关的所有规则和指南、以防止损坏驱动器。

    如果您对新设计有进一步的困难、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、
    您对以下内容有何建议:"您在许多文章中提到过、我现在面临的过冲可能是变压器漏电感引起的。实际上、我如何确认我现在面临的问题是漏电感引起的?"

    我是否有任何程序可以发现、影响次级输出的是初级漏电感。

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    您好 Ammal、

    U 可以通过短接互感器的次级绕组并在初级侧绕组上连接电感表或简单的 LCR 表来测量初级侧漏电感。 您需要将引线长度最小化至最大值、以不影响您的测量。 您还应仔细选择测量频率、使其足够高、以最大限度地降低短路绕组电阻的影响。

    此致、

    -Mamadou
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    Hai Mamadou

    在100KHz 和1V.N2+N3短路情况下、漏电感为14mH、并且测得的是 N1+N4。实际上、我们目前正在使用串联的200W 灯泡等电感负载进行测试。这是否会导致输出电压过冲。这样的负载是否会串联 这在本质上是电感、这是输出波形在  kV 范围内发生此类击穿的原因。

    此致、

    Amal

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    实际上、我们是通过将负载直接连接到 LC 滤波器输出而不连接 H 桥部分来测试负载。如上所述、问题是直接连接到 LC 滤波器输出的电感负载是否是我看到的振铃的实际问题 现在?
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    Amal、

    这是可能的! 通常、泄漏电感越低、对您的系统而言就越好、但它可能不是过度的主要来源。 请记住、这是一个消除过程、如果您确定泄漏电感、则可以专注于调试电路的其余部分以找出其他可能的根本原因。

    您可以进一步查看缓冲器计算结果、我在下面附上了一篇最近的博客、您可能会发现该博客很有用。
    e2e.ti.com/.../calculate-an-r-c-snubber-in-seven-steps

    如果您有其他问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、

    很抱歉、我们自过去几周以来一直暂停我们的项目。我后来测试了这些项目、但在我的项目中发现了几次中断。

    实际上、我所做的是将电感器值减小到56uH、并使用负载进行测试。我发现峰值降低到几乎600V。您仍然可以在电感器输出中找到两个峰值。

    您认为输出中出现两个峰值的原因是什么? 请注意、我们只连接了电感器、而没有连接电容器。这意味着它仅连接 L 滤波器。

     电感器输出请见黄色通道、桥式整流器的输出请见蓝色通道、所用电感器的器件型号为 S14100036。

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    您好 Ammal、

    您是如何得出电感器的特定56uH 值的? 该值以前是什么? 请确认
    我想知道自您上次测量以来是否进行了其他修改。 电桥整流器的输出在500V 时仍然过冲。
    根据您对56uH 电感器值的了解、您可以在不对设计进行任何其他更改的情况下进一步降低/调整电感器值、以查看在无负载和无电容器的情况下对过冲的影响。

    一旦通过选择电感将过冲降低到可接受的水平、我们就可以添加电容并验证过冲是否消失。

    此致、

    -Mamadou
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    您好、Mamadou、

    实际上、根据逆变器设计计算、它为1.85mH。

    后来、我查看了除参考设计之外的其他几个文档、然后 计算出的值接近56uH。这是我用于测试目的的最接近的值。

    我随附了我的 LC 滤波器计算设计。请仔细检查并附上我参考文档的工作表。我在本文档的帮助下制作了 Excel 工作表。请注意、我没有对我的设计进行任何其他更改、我刚刚更改了的值 inductor.e2e.ti.com/.../Inductor-design.pdf

    e2e.ti.com/.../Inductor-design.xlsx

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    尊敬的 Amal:

    您的计算似乎正常。

    您可以考虑进一步减小电感器的尺寸、而无需进行任何额外更改来监控过冲(无论过冲是否进一步减小或变差)。
    此外、请确保您的布局经过优化、以确保最大限度地降低设计中可能会降低系统性能的噪声影响。

    如果您有任何与栅极驱动器相关的其他应用问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou