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[参考译文] UCC28070A:效率问题

Guru**** 1144270 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC28070A, UCC28180, TIDA-00443, UCC28070
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1271787/ucc28070a-efficiency-problem

器件型号:UCC28070A
主题中讨论的其他器件: UCC28180UCC28070

您好!  

我根据这些要求设计了 PFC: 750W 输出85-265VAC 输入390V 输出  

我面临着效率、输出功率高达600W 时效率为95%的问题。  
将器件加载到700W 后、效率开始下降到92.5%、之后可关闭器件。  

我附上了原理图、并尝试了以下几点。  
-晶体管 Q1和 Q2替换为不同的,包括 SiC UF3C065040/也两个并联 IPB60R055CFD 没有结果
-栅极电阻器改变了27欧姆,这提高了效率。 较低电阻的栅极电阻器会降低效率。  
-添加更多输出电容+300uF 无结果

使用230VAC 输入和电子负载完成测试
使用散热器和风扇进行冷却。  

可能导致效率 下降的任何建议。  




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    别提:
    无电流饱和  
    大部分热量位于 Q1和 Q2上、  


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    您好 Ilia、

    如果增加栅极驱动电阻器可以提高效率、则可能会产生过高的栅极驱动电流。  UCC28070A 数据表第37页的第9节给出了使用低 ESR 去耦电容器的建议。 理想情况下、应使用额定电压至少为25V 的10uF X7R 电容器。 我相信这会代替原理图中的 C65/C64电容器。  

    此致、

    乔纳森·王

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    Jonathan、您好!  

    我这样做了,但没有任何效果。 我也将 C81和 C83替换为10uF。  

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    您好 Ilia、

    您是否具有 PFC 在600W (效率95%)与700W (效率92.5%)和关断下运行时的波形? 您是否还有显示 MOSFET 在600W 与700W 条件下温升的热图? 我想了解 MOSFET 在两种功率级别下的升温程度。  

    此致、

    乔纳森·王

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    Jonathan、您好!  

      使用工作风扇时效率为500W 95,2%  
      使用工作风扇时效率为600W 94.7%  
         使用工作风扇时效率为700W 93% (在30秒内关闭)  

    针对500W 和700W 功率  

    500W 关断和电流感应  







    700W 关断和电流感应  




    温度图  

    500瓦  


    700瓦



    晶体管为带有散热器的 D2PAK (晶体管上方的冷却部件)  
    风扇的 CFM 为25、 在它的正上方。  





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    能够以正确的方式测量温度。  
    长期晶体管温度高达100度(700W)  

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    尊敬的 Ilia:

    是否确定已将散热器正确连接到 MOSFET? 根据散热图、在500W 和700W 功率下、散热器中似乎没有散热的热量。 如果散热器连接正确、MOSFET 产生的热量将分布在整个散热器中、您将看不到冷正方形。  

    UCC28180是一种单相 CCM、采用 具有类似功率级别的参考设计 TIDA-00443。 在 第37页的测试报告中、您可以看到该板的热图。 请注意 MOSFET 产生的热量如何分布在整个散热器中。 如果散热器正确连接到 PCB 上、我预计散热器也会发热。 相反、您的散热器的温度与周围环境一样低。

    在63.8°C 处、MOSFET 未出现异常热(本参考设计中的 MOSFET 100ºC 为2 Ω)。 如果能够适当地散发 MOSFET 中的热量、则应预计效率会提高。

    此致、

    乔纳森·王

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    尊敬的 Jonathan:  

    自从我使用 D2PAK SMD、我必须思考其他解决方案   

    我更换了散热器  


    有了这个热膏、仍然不能很好地耗散。  






    我通过用导线分隔高开关电流进行了布局更正、但没有效果。  

    我使用110VAC 进行测试、结果不好。 在300W 时、输出效率为91.7%、而 PF 不出色、 如下所示。

    我的原理图中有问题、我找不到。  







    下面 是具有230VAC 输入500W 功率的 PF  



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    您好 Ilia、

    我对你给我看的照片感到困惑。 MOSFET 是以黄色突出显示的元件吗? 为什么这两张照片中它们在 PCB 上的不同位置?

      

    在第二张图片中、黄色表示 MOSFET、红色表示散热器? 对于 TO-263 (D2PAK) MOSFET,您 可能需要一个与此处所示类似的散热器: https://electronics.stackexchange.com/questions/34192/thermal-management-of-mosfets-in-to-263-package。 

    直到您可以通过热图确认您的散热器正常散热、然后 您可能会遇到问题。 您的电路可能还有其他问题、但我认为、除非 MOSFET 能够耗散热量、否则您的电路无论如何也不会运转良好。  

    下面是一些有关散热器的其他资源:

    我使用110VAC 进行测试、结果不好。 在300W 时、输出效率为91.7%、而 PF 不出色、 如下所示。

    更换散热器后、您的效率是否进一步下降? 低功耗时、您的效率是否不再是95%?

    此致、

    乔纳森·王

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    我使用了这些散热器 https://electronics.stackexchange.com/questions/34192/thermal-management-of-mosfets-in-to-263-package .  
    第一张图片显示了散热器(已删除)  
    第二张图片 MOSFET 位于散热器下方、用红色圈出、旁边是电流互感器、用黄色圈出。  
    更换散热器后、效率没有改变。  


    我使用110VAC 进行测试、结果不好。 在300W 时、输出效率为91.7%、而 PF 不出色、 如下所示。  

    使用两个散热器进行测试、此处存在其他问题。  

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    尊敬的 Ilia:

    您使用的用红色圈出的黑色散热器将无法正常工作、因为热量不会通过 TO-263塑料封装传导。 从堆栈交换链接使用的散热器是正确的。 如果这些器件仍然没有充分散热、则尝试使用更大的散热器。

    您也可能无法正确使用热像仪。 0.8的发射率非常高。 请尝试降低辐射率并查看生成的热图。 这可能会告诉我们有关您的散热问题的更多信息。  

    我建议使用 IBP60R060P7 MOSFET、因为它具有更高的 RDS (ON)、可以减少 Coss 元件的损耗。  

    此致、

    乔纳森·王

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    Jonathan、您好!
    我已订购此散热器  



    我希望这能提高使用230VAC 时的效率。  
    但是、当输入为110VAC 时、我面临的问题又如何呢? 所有负载下的效率都很低、PF 远未达到良好状态。  
    我是否应该打开有关这方面的新任务?  

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    您好 Ilia、

    可以使该线程保持打开状态。 希望您的新散热器将起作用。 我相信适当的散热将大大提升您的效率。 降低并调节热像仪的发射率以获得正确的读数。 您可以在以下网址了解摄像机辐射率: https://www.flir.com/discover/professional-tools/how-does-emissivity-affect-thermal-imaging/ 

    导通损耗随电流的上升而升高。 因此、在相同的功率级别下、较低的 VAC 将导致较高的电流、从而降低效率。 这是预料之中的。  

    例如、 500W @ 230VAC =~2.17A

       500W @ 110VAC =~5.55A

    另一个导致 效率低下 的潜在原因是您的电感器。 您 的电感器中可能存在高磁芯损耗、您可以对此进行研究。  

    此致、

    乔纳森·王

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    我将尝试使用不同的辐射率。
    我同意这一点:  

    例如、 500W @ 230VAC =~2.17A

       500W @ 110VAC =~5.55A  

    但我所做的测试是  

    300W @ 110VAC =~2.72A   

    我预计具有与600W @ 230VAC 相同的效率

    即使是 100W @ 110VAC 和  200W @ 110VAC、 效率也很低。  

    使用110VAC 时在初级电流方面有何不同。  

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    尊敬的 Ilia:

    参考之前发送的示波器屏幕截图:

    110VAC、300W、输出效率为91.7%

    在上面的屏幕截图中可以看到 Vin 有平坦的峰值。 这是电压源的输出阻抗过大导致的。 由于以绿色显示的 PFC 输出电流与这些平坦峰值相匹配、因此这意味着您的 PFC 工作正常。 您的功率因数分析仪需要考虑电压谐波失真(THDv)、以便正确计算 PF。 您正在使用什么功率因数分析仪?

    不过、电压过零处的平坦电流引起关注、因为这是真正的谐波失真。 在 CCM PFC 中、当交流线路电压接近电压过零时、PFC 将切换至 DCM。 这会导致导通时间几乎为整个周期。 理想情况下、我们希望占空比在电压过零附近为~95%。  

    查看 RRT 和 Rdmax 值、最大占空比为~81%。 请尝试更改 Rdmax 值以使 dmax =~95%。 这将是 Rdmax =~Ω 67.5Ω。  

    此致、

    乔纳森·王

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    Jonathan、您好!  

    我使用了便宜的电流表来测量 PF、无论如何、电流波形看起来不是很好。

    我已经将 Rdmax 替换为68k Ω、但这不会导致过零发生任何变化。  
    使之不同的是移除了 R110和 R114。 现在电流在零交叉点附近流动。  

    但效率仍然很低、所有的热量都集中在晶体管上、所以我将 PFC 扼流圈排除在外。  


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    您好 Ilia、

    如果移除 R110和 R114提高您的性能、则您的电流感应可能存在问题。  在原理图中、您选择了 PCS040-EF1334KS 变压器进行电流感应。 匝数比为1:200、看起来很高。 这也可能解释了为什么断开与12V 的连接会有所帮助、因为您的电流检测信号可能很高。  

    在本 UCC28070设计应用手册(https://www.ti.com/lit/an/slua479b/slua479b.pdf)的第7页上、为300W 选择的匝数比为51。  使用等式17,750W 的功率电平产生 ~10.1A 的 Ipeak (假设各个电感器的电流纹波 ΔIL 相同)。 因此、您的匝数比可能需要约为1:100、而不是1:200。

      

    请注意、在无桥 PFC 中设计 UCC28070A 与常规交错式 CCM PFC 的过程相同、如下所示、如本应用手册的第8页所示: https://www.ti.com/lit/an/slua517/slua517.pdf 

    此致、

    乔纳森·王

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    Jonathan、您好!  

    我已经订购了 CT 1:100、并将进行检查。  

    我使用不同的功率元件进行了测试。  

    事实证明、改变开关二极管后、效率得到提高。  
    现在230VAC 700W 效率为96.5%、110VAC 500W 效率为 为95%。  

    我使用的新二极管是 RHRP860 、trr < 30ns  
    旧二极管的 trr 为55ns  

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    您好 Ilia、

    是的、恢复时间较短的二极管可以帮助您进行设计。 UCC28070EVM 中 使用了 CSD06060A SiC 肖特基二极管。 虽然此器件已过时、DigiKey 提供了您可以使用的替代产品列表。 二极管还连接到散热器、以改善热耗散。

    希望您的新变压器选择也会改进您的设计、

    此致、

    乔纳森·王