Điều gì làm cho tụ điện chuyển đổi DC / DC của tôi bị nổ tung?

Tôi có một số tụ điện bị nổ và tôi không chắc nguyên nhân của việc này là gì. Nó chắc chắn KHÔNG PHẢI LÀ TUYỆT VỜI và KHÔNG PHẢI LÀ CHÍNH SÁCH SAU . Hãy để tôi giới thiệu kịch bản:

Tôi đã thiết kế một bộ chuyển đổi Boost xếp tầng kép bằng cách sử dụng sơ đồ này:

Vout có thể được lấy từ: trong đó D_ \ max là chu kỳ nhiệm vụ tối đa.$\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$$D_ \max$

Tôi muốn tăng điện áp đầu vào là 12 V thành điện áp đầu ra 100V . Tải của tôi là 100Ω , do đó nó sẽ tiêu tan 100W. Nếu tôi cho rằng không có tổn thất (tôi biết tôi là người theo chủ nghĩa lý tưởng, hãy bình tĩnh), nguồn điện áp đầu vào sẽ cung cấp 8,33A

Chúng ta có thể chia mạch thành hai giai đoạn, đầu ra của giai đoạn đầu tiên là đầu vào của giai đoạn thứ hai. Đây là vấn đề của tôi:

C1 đang nổ tung khi điện áp đi qua nó đạt tới khoảng 30V. C1 được đánh giá cho 350V và đó là tụ điện điện phân 22uF (radial) 10x12,5mm. Tôi hoàn toàn chắc chắn rằng sự phân cực là đúng.

Dòng điện đầu vào của giai đoạn thứ hai (lý tưởng) là khoảng 3,33A (để giữ 100W với 30V cho giai đoạn này). Tôi biết hiện tại có thể cao hơn, nhưng đó là một sự ước tính tốt cho mục đích này. Tần số chuyển đổi là 100Khz .

Vì một số lý do, nắp bật lên và tôi thực sự không biết tại sao. Tất nhiên là khi điều này xảy ra, nắp (đã chết) nóng.

Nó có thể là một hiệu ứng của ESR? Mũ này có Hệ số phân tán 0,15 tại 1kHz. Vì vậy (DF cũng sẽ tăng với tần suất cao hơn) cho C1.$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

Vì L2 khá lớn, tôi mong muốn C1 sẽ cung cấp một dòng điện không đổi bằng với dòng đầu vào của stange thứ hai (3,33A) nên công suất tiêu tán trong ESR được cho là khoảng:$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

Điều này có thể làm cho nó quá nóng và nổ tung? Tôi nghi ngờ nó ....

Thông tin thêm:

• L1 khoảng 1mHy
• L2 khoảng 2mHy
• D1 là một diode 45V schottky
• Tôi đã thử hai tụ điện khác nhau: 160V 22uF bị nổ, và sau đó tôi đã thử 350V 22uF cũng bị nổ.
• Đo dòng điện trong nắp sẽ khó khăn do bố trí PCB
• Cả MOSFET thứ nhất và thứ hai đều có mạng RC snubber nhỏ . Tôi không nghĩ rằng nó có thể gây ra bất kỳ vấn đề nào trong C1.

Tôi đang chờ ý tưởng của bạn!

EDIT n ° 1 = L1 khá lớn, Ripple chỉ bằng 1% dòng điện đầu vào định mức (giả sử 100W / 12V = 8,33A) để que có thể giả sử nó gần giống như một dòng điện không đổi ở đầu vào của giai đoạn 1. Đối với giai đoạn 2 Ripple hiện tại của cuộn cảm nhỏ hơn 5%, chúng ta cũng có thể nghĩ đó là dòng điện không đổi). Khi MOSFET 1 được BẬT, khoảng 8,33A đi qua nó, nhưng khi nó tắt, dòng điện đó (chúng tôi đã nói "thực tế không đổi") sẽ đi qua D1. Chúng ta có thể nói dòng điện trong tụ sẽ là . Cuối cùng, chúng ta thấy rằng dòng điện cực đại trong C1 phải theo thứ tự . Khá nhiều hiện tại! và nó sẽ tiêu tan ... nhưng dường như không có quá nhiều năng lượng tiêu tan trong ESR.$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

Như ai đó đã nói, tôi cũng có thể xem xét độ tự cảm bên trong của nắp, nhưng tôi nghĩ rằng đây sẽ không phải là nguyên nhân gây ra sự tiêu tán năng lượng (chúng ta biết cuộn cảm lưu trữ năng lượng nhưng không biến nó thành nhiệt) Dù sao, mặc dù đã tính toán ở trên đã được đơn giản hóa và nó có thể tiêu tan năng lượng cao hơn một chút, tôi vẫn tự hỏi liệu nó có đủ để làm cho nó sôi lên và phát nổ không!

Dòng gợn cực đại cho C1 là xấp xỉ I (ngoài) / D trong đó D = chu kỳ nhiệm vụ. Nếu chu kỳ Duty được cho là 50% ở đầu ra 30 V của bạn thì gợn cho C1 là 3,3 / 0,5 = 6,6 A. Khi chu kỳ nhiệm vụ bị giảm, điều này trở nên tồi tệ hơn. Nếu chu kỳ thuế là 10% = 0,1 thì đỉnh hiện tại là 33 A.

Nếu sau đó bạn sử dụng giá trị ESR của bạn, công suất tiêu tán là khoảng 0,4 W, cao hơn nhiều so với bạn đã tính toán trước đó.

Nếu tôi nhìn vào tụ điện 160 V trên Mouser (tôi giả sử bạn đang sử dụng Al Electrolytics) thì tôi thấy không có gì có thể nói chung có thể duy trì dòng điện cực đại bạn cần.

Tôi muốn đề nghị bạn sử dụng TI Webench để làm việc thông qua một thiết kế và sau đó nhìn vào các thành phần được chọn. Bạn sẽ nhận thấy trên nhiều thiết kế họ sử dụng tụ ESR rất thấp và thường có hai hoặc thậm chí ba song song. Ví dụ, họ sử dụng mũ polymer của Panasonic thường xuyên trong các thiết kế và họ có xếp hạng dòng điện gợn rất cao ở tần số rất cao.

Các tụ điện của bạn có thể có độ tự cảm bên trong khá lớn - quá nhiều cho các xung 100 kHz. Bạn nên kết nối một số tụ điện không điện phân nhỏ hơn song song với chúng cho đến khi máy hiện sóng cho thấy giới hạn điện áp không vượt quá.

BTW. dòng điện chạy nhanh khi các xung từ cuộn cảm ngay khi các máy bay tắt. Sự bắt đầu của xung hiện tại rất sắc nét - sắc nét như tốc độ của các máy bay có thể tắt. Nếu tần số chuyển đổi là 100 kHz, các tụ điện thực sự nên xử lý một vài MHz đúng cách. LƯU Ý: chất điện phân có độ tự cảm thấp cho các ứng dụng SMPS được phát triển nhưng chúng có giá một số tiền thật, không phải là đồng xu như các mô hình thông thường.

Ngoài ra: Tất cả công suất đầu ra của bạn lúc đầu được lưu trữ trong các tụ điện - không có cách nào trực tiếp từ đầu vào đến đầu ra. Như được đề xuất trong một số bình luận othe - sự tiêu tán tuyệt đối trong các tụ điện của bạn có thể gây ra một số sôi. Độ tự cảm làm cho nó định vị nhiều hơn ở đầu gần của cuộn tấm bên trong.

Tôi đặt cược vào sức mạnh được tạo ra bởi dòng chảy gợn. Tụ điện của bạn có một số ESR. Dòng xung của cường độ của bạn có thể rời khỏi đó như mười hai mươi watt khá dễ dàng. Vì vậy, ... Đặt một số song song, với ESR / ESL thấp nhất có thể

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 = 250us, f (bw) = 0,35 / Ts = 5,6kHz, đây là tốc độ sạc nhanh nhất mà nó có thể xử lý và đạt điện áp sạc đầy.

f switch = 100kHz Biến số D do đó 100kHz, nó sẽ xuất hiện dưới dạng điện trở tổn hao chỉ ở mức 11,3 với tổn thất và dòng điện gợn định mức 92mA, thiết bị chỉ có thể xử lý 1.03W ở nhiệt độ tối đa 105C hoặc a tăng 85C trên nhiệt độ phòng 20C.$Pc=I^2ESR$

Bây giờ để chọn giới hạn 22uF, bạn muốn làm theo đề xuất Lưu ý về Ứng dụng và chọn giới hạn ESR thấp và không phải là điện phân cho mục đích chung (nắp điện tử GP)

Điều họ không nói với bạn ở trường, (và tôi đã nhận xét nhiều lần trên trang này) là mũ điện tử GP có ESR * C> = 100 chúng tôi trong khi nắp ESR thấp <10us và trường hợp tốt nhất <1us. Đây là những gì bạn cần khi chọn thời gian chuyển đổi <10us.

Bây giờ không khó để sắp xếp cơ sở dữ liệu Digikey hoặc Mouser theo ESR hoặc tìm kiếm theo các cách khác cho ESR cực thấp. Bạn cũng có thể muốn đọc các bảng dữ liệu MSDS của mũ điện tử để tiếp xúc với vật liệu độc hại khi chúng nổ tung.

App Note khuyên bạn nên mong đợi trong CHỌN LỰA CHỌN

Một ước tính tốt cho dòng điện gợn của cuộn cảm là 20% đến 40% dòng điện đầu ra.

E-Caps được đánh giá theo nhiều cách. DF @ 120Hz (đối với sử dụng bộ chỉnh lưu cầu dòng nhỏ) ESR hiện tại gợn tối đa (kiểu.) Không bị già đi sau 10 năm!

Điều quan trọng cần nhớ là Caps thường được tích điện bằng cách thải các xung dòng sau đó xả chậm giữa các xung, vì vậy chu kỳ nhiệm vụ xác định tỷ lệ của dòng điện Đỉnh / Trung bình. Nếu điện áp gợn là 10% thì tỷ lệ hiện tại pk / avg là 10/1. Nếu tiêu tán năng lượng là công suất tiêu tán trong mỗi xung nhân với tốc độ lặp lại xung. Không có vấn đề gì vì 100Hz và 1000x tệ hơn ở 100kHz.

Do đó, kết quả của việc không hiểu lời khuyên tinh tế trong App Note ... là một công cụ chữa cháy Trung Quốc.

Tài liệu tham khảo từ OP trong các bình luận nên có trong Câu hỏi

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdf Thông số kỹ thuật của mũ
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Boost Reg Thiết kế ứng dụng Lưu ý