DC / DC dönüştürücümün kapasitörünü patlatmaya ne sebep oluyor?

Bazı kapasitörler patlatıyor ve bunun nedeninin ne olduğundan emin değilim. Kesinlikle AŞIRI GERİLİM DEĞİL ve YANLIŞ POLARİZASYONDA DEĞİLDİR . Senaryoyu tanıtayım:

Bu şemayı kullanarak çift basamaklı bir Boost dönüştürücü tasarladım:

Vout şunlardan elde edilebilir: $\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$burada $D_ \max$ maksimum görev döngüsüdür.

Ben adım kadar bir giriş gerilimi isteyen 12V bir içine 100V çıkış voltajı. Benim yüküdür 100Ω dolayısıyla 100W yayan olacağını. Kayıp olmadığını düşünürsem (ÇOK idealist olduğumu biliyorum, sakin ol), giriş voltajı kaynağı 8.33A

Devreyi iki aşamaya bölebiliriz, ilk aşamanın çıkışı ikinci aşamanın girdisidir. Sorunum geliyor:

C1, karşıdaki voltaj yaklaşık 30V'a ulaştığında patlıyor. C1 350V için derecelendirilmiştir ve 22uF elektrolitik kapasitör (radyal) 10x12.5mm'dir. Kutuplaşmanın doğru olduğundan kesinlikle eminim.

İkinci aşamanın giriş akımı (ideal olarak) 3.33A civarında olmalıdır (100W'ı bu aşamada 30V ile tutmak için). Akımın daha yüksek olabileceğini biliyorum, ama bu amaç için iyi bir yaklaşım. Anahtarlama frekansı 100 Khz'dir .

Nedense kapak patlıyor ve nedenini bilmiyorum. Tabii ki bu olduğunda kapak (ölü) sıcaktır.

Bu ESR'nin bir etkisi olabilir mi? Bu kapağın 1kHz'de 0.15 Dağılma Faktörü vardır. Bu nedenle (daha yüksek bir frekans için DF de artacaktır).$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

L2 oldukça büyük olduğundan, C1'in ikinci stange giriş akımına (3.33A) eşit bir sabit akım vermesini beklerim, böylece ESR'de harcanan gücün yaklaşık olması gerekir:$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

Bu çok sıcak ve patlayabilir mi? Şüpheliyim....

Ek bilgi:

• L1 yaklaşık 1 mHy
• L2 yaklaşık 2mHy
• D1 schottky 45V diyottur
• İki farklı kapasitör denedim: 160V 22uF patladı ve sonra da patlayan 350V 22uF'yi denedim.
• PCB yerleşimi nedeniyle kapaktaki akımın ölçülmesi zor olacaktır
• Hem birinci hem de ikinci MOSFET'in küçük bir snubber RC ağı vardır. C1'de herhangi bir soruna neden olabileceğini sanmıyorum.

Fikirlerinizi bekliyorum!

EDIT n ° 1 = L1 oldukça büyük, dalgalanma nominal giriş akımının sadece% 1'i (diyelim ki 100W / 12V = 8.33A), böylece que, sahne 1'in girişinde neredeyse sabit bir akım gibi olduğunu varsayabilir. indüktör akım dalgalanması% 5'ten azdır, bunun sabit bir akım olduğunu da düşünebiliriz). MOSFET 1 açıldığında, yaklaşık 8.33A geçer, ancak kapatıldığında, bu akım ("neredeyse sabit" dedik) D1'den geçer. Kondansatördeki akımın olduğunu söyleyebiliriz . Sonunda C1'deki tepe akımının olması gerektiğini . Hemen hemen güncel! ve ... ama çok fazla güç yok gibi görünüyor .$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

Birinin söylediği gibi, kapağın iç endüktansını da düşünebilirim, ancak bunun güç kaybının bir nedeni olmadığını düşünüyorum (indüktörlerin enerji depoladığını biliyoruz, ancak ısıyı yapmıyoruz) Her neyse, yukarıdaki hesaplamalara rağmen çok basitleştirildi ve biraz daha yüksek bir güç harcanmış olabilir, hala kaynatmak ve patlatmak için yeterli olup olmadığını merak ediyorum!

C1 için pik dalgalanma akımı yaklaşık I (çıkış) / D'dir, burada D = görev döngüsü. 30 V çıkışınızda Görev döngüsü% 50 ise, C1 için dalgalanma 3.3 / 0.5 = 6.6 A'dır. Görev döngüsü azaldıkça bu daha da kötüleşir. Görev döngüsü% 10 = 0.1 ise, mevcut tepe 33 A'dır.

Daha sonra ESR değerinizi kullanırsanız, harcanan güç yaklaşık 0,4 W, daha önce hesapladığınızdan çok daha yüksektir.

Ben 160 V kapasitörler bakarsak avcı kedi o zaman genellikle hiçbir şey görmüyorum (ı Al elektrolitik kullandığınız varsayarak) mevcut İhtiyacınız tepe akımları sürdürebiliyorlar.

Bir tasarım üzerinde çalışmak ve ardından seçilen bileşenlere bakmak için TI'nin Webench'ini kullanmanızı öneririm . Çok düşük ESR kapasitörleri kullandıkları ve çoğu zaman paralel olarak iki hatta üç tane olan tasarımların çoğunda fark edeceksiniz. Örneğin , tasarımlarında sıklıkla Panasonic polimer kapaklar kullanırlar ve çok yüksek frekanslarda çok yüksek dalgalanma akım derecelerine sahiptirler.

Kondansatörleriniz oldukça büyük dahili endüktansa sahip olabilir - 100 kHz darbeler için çok fazla. Osiloskop voltaj sınırlarının aşılmadığını gösterene kadar bazı küçük elektrolitik olmayan kapasitörleri paralel olarak bağlamalısınız.

BTW. akımlar, fanlar kapanır kapanmaz indüktörlerden gelen darbeler olarak akar. Akım darbesinin başlaması çok keskindir - fillerin ne kadar hızlı kapanabileceği kadar keskin. Anahtarlama frekansı 100 kHz ise, kapasitörler gerçekten birkaç MHz'i düzgün şekilde işlemelidir. NOT: SMPS uygulamaları için düşük endüktanslı elektrolitler geliştirilir, ancak normal modeller gibi pennies değil, gerçek paraya mal olurlar.

Geç ekleme: Tüm çıkış gücünüz ilk önce kapasitörlerde saklanır - girişten çıkışa doğrudan bir yol yoktur. Birkaç diğer yorumda önerildiği gibi - kapasitörlerinizdeki tam dağılma biraz kaynamaya neden olabilir. Endüktans, iç plaka rulosunun yakın uçlarında daha fazla lokalize olmasına neden olur.

Dalgalanma akımlarının yarattığı güce bahse girerim. Kapasitörünüzde ESR var. Büyüklüğünüzün darbeli akımı, orada kolayca yirmi watt gibi bırakılabilir. Bu nedenle ... Mümkün olan en düşük ESR / ESL ile birkaçını paralel olarak yerleştirin

Cap                       Max ESR Ω   Max RMS ripple     
(uF)   VDC  PART #        120Hz      (mA) 120Hz,105C  DxL (mm)
---    ---- ------------  ---------  ----------       ---------
22     160  226CKE160MLN  11.3094     92              10x12.5

C * ESR = Ts = 22uF * 11.3 Ω = 250us, f (bw) = 0.35 / Ts = 5.6kHz, en yüksek şarj hızı olan ve tam şarj voltajına ulaşabilir.

f anahtarı = 100kHz PWM değişkeni D böylece 100kHz olarak sadece 11.3 at'da kayıplı direnç olarak görünecektir. $Pc=I^2ESR$ ve nominal dalgalanma akımı 92mA, cihaz maksimum 105C sıcaklıkta 1.03W veya oda sıcaklığı 20C'nin 85C üzerinde yükselebilir.

Şimdi bir 22 uF kapak seçmek için Uygulama Notu önerisini takip etmek ve genel amaçlı bir elektrolitik değil (GP e-kapak) düşük bir ESR başlığı seçmek istiyorsunuz.

Okulda size söylemedikleri şey (ve bu sitede birçok kez yorum yaptım) , bir GP e-başlığının ESR * C> = 100 bize sahipken, düşük bir ESR kap <10us ve en iyi durum <1us. <10us'luk bir anahtarlama süresi seçerken ihtiyacınız olan şey budur.

Şimdi Digikey veya Mouser veritabanlarını ESR'ye göre sıralamak veya ultra düşük ESR'yi başka şekillerde aramak zor değil. Ayrıca, havaya uçtuklarında toksik madde maruziyeti için MSDS e-kapaklarının veri sayfalarını okumak isteyebilirsiniz.

Uygulama Not INDUCTOR SEÇİMİ altında beklemenizi önerir

İndüktör dalgalanma akımı için iyi bir tahmin, çıkış akımının% 20 ila% 40'ıdır.

E-Caps'ler çeşitli şekillerde derecelendirilir. 120 Hz'de DF (küçük hat köprü doğrultucu kullanımı için) maksimum dalgalanma akımı ESR (tip.) 10 yaşından sonra eskimez!

Kapakların genellikle boşaltma akım darbeleriyle yüklendikten sonra darbeler arasında yavaşça boşaltıldığını hatırlamak önemlidir, bu nedenle görev döngüsü Tepe / Ort. Akım oranını belirler. Dalgalanma voltajı% 10 ise, pk / ortalama akım oranı 10/1'dir. Enerji yayılımı her atımdaki güç yayılımı ise, tekrarlama hızının çarpımıdır. 100kHz'de 100Hz ve 1000x daha kötü olarak sorun yok.

Bu nedenle App Note ... ince tavsiye anlamıyorum sonucu bir Çin yangın kraker olduğunu.

Söz konusu olması gereken yorumlarda OP'den atıflar

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdf Kapak özellikleri
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Boost Reg Tasarım Uygulama Notu