Що змушує конденсатор мого постійного / постійного струму підірвати?

У мене підірвані деякі конденсатори, і я не впевнений, в чому причина. Це, безумовно, НЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНО і НЕ в НЕПРАВНОМУ ПОЛАРІЗАЦІЇ . Дозвольте мені представити сценарій:

Я створив подвійний каскадний перетворювач Boost за цією схемою:

Vout можна отримати з: де D_ \ max - максимальний робочий цикл.$\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$$D_ \max$

Я хочу посилити вхідну напругу 12В до вихідної напруги 100В . Моє навантаження - 100 Ом , отже, воно буде розсіюватися 100 Вт. Якщо я вважаю, що втрат не знаю (я знаю, що я ідеаліст ТОО, заспокойтеся), джерело вхідної напруги видасть 8.33A

Ми можемо розділити ланцюг на два етапи, вихід першого етапу є входом другого етапу. Ось моя проблема:

С1 вибухає, коли напруга, що перебуває через нього, досягає приблизно 30В. C1 розрахований на 350В, і це 22uF електролітичний конденсатор (радіальний) 10x12,5мм. Я повністю впевнений, що поляризація правильна.

Вхідний струм другого ступеня повинен (в ідеалі) бути приблизно 3,33А (щоб утримати 100Вт з 30В на цьому етапі). Я знаю, що струм може бути більшим, але це добре сприятливе значення для цієї мети. Частота перемикання 100Khz .

Чомусь шапка вибухає, і я не знаю чому. Звичайно, що коли це станеться, шапка (мертва) гаряча.

Може це буде наслідком ШОЕ? Цей ковпачок має коефіцієнт розсіювання 0,15 на частоті 1 кГц. Так що (DF також збільшиться для більш високої частоти) для C1.$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

Оскільки L2 досить великий, я б очікував, що С1 подасть досить постійний струм, рівний вхідному струму другого ступеня (3,33А), тому потужність, що розсіюється в ШОЕ, повинна становити близько:$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

Чи може це зробити занадто гарячим і вибухнути? Сумніваюсь у цьому….

Додаткова інформація:

• L1 - близько 1 мкг
• L2 - приблизно 2мГр
• D1 - діод Шоткі 45В
• Я спробував два різних конденсатори: 160 В 22uF, який підірвався, а потім я спробував 350V 22uF, який також підірвався.
• Виміряти струм у кришці буде важко через компонування друкованої плати
• Як перший, так і другий MOSFET має невелику мережу RC відміток. Я не думаю, що це може спричинити будь-які проблеми в С1.

Чекаю твоїх ідей!

EDIT n ° 1 = L1 досить великий, пульсація - лише 1% від номінального вхідного струму (скажімо, 100 Вт / 12 В = 8,33А), тому que може припустити, що це майже як постійний струм на вході етапу 1. Для етапу 2 пульсація струму індуктора менше 5%, можна також подумати, що це постійний струм). Коли MOSFET 1 увімкнено, близько 8.33A проходить через нього, але коли він вимикається, той струм (ми говорили "практично постійний") проходитиме через D1. Можна сказати, що струм в конденсаторі буде . Тоді ми нарешті знаходимо, що піковий струм у С1 повинен бути у порядку . Досить актуально! і він би розсіював ..., але виглядає не стільки енергії, що розсіюється в ШОЕ.$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

Як хтось сказав, я також міг би врахувати внутрішню індуктивність ковпачка, але я думаю, це не буде причиною розсіювання електроенергії (ми знаємо, що індуктори накопичують енергію, але не піддають її нагріванню) У будь-якому випадку, незважаючи на розрахунок вище це було дуже спрощено, і це може бути трохи більше, ніж потужність розсіяна, я все ще дивуюсь, чи достатньо, щоб вона кипіла і вибухала!

Максимальний пульсаційний струм для С1 становить приблизно I (вихід) / D, де D = робочий цикл. Якщо на виході 30 В робочий цикл кажуть 50%, то пульсація для С1 становить 3,3 / 0,5 = 6,6 А. У міру зменшення робочого циклу це погіршується. Якщо робочий цикл становив 10% = 0,1, то пік струму дорівнює 33 А.

Якщо потім використовувати значення ESR, розсіяна потужність приблизно 0,4 Вт, набагато вище, ніж ви раніше розраховували.

Якщо я дивлюся на 160 V конденсаторів на мишолови (я припускаю , що ви використовуєте Al електролітичний) , то я нічого не бачу взагалі доступного , що може витримати пікові струму , які вам необхідні.

Я б запропонував вам використовувати Webench TI для роботи над дизайном, а потім переглянути вибрані компоненти. Ви помітите на багатьох проектах, що вони використовують дуже низькі коефіцієнти ESR і часто мають два або навіть три паралельних. Наприклад, вони часто використовують в конструкціях полімерні ковпачки Panasonic, і вони мають дуже високі показники струму пульсацій при дуже високих частотах.

Ваші конденсатори можуть мати досить велику внутрішню індуктивність - занадто багато для імпульсів 100 кГц. Вам слід підключити кілька менших неелектролітичних конденсаторів паралельно до них, поки осцилограф не покаже, що межі напруги не перевищені.

До речі. струм мчить, як імпульси від індукторів, як тільки жири вимикаються. Початок пульсу струму дуже різкий - настільки ж різкий, наскільки швидко можуть відключитися жири. Якщо частота комутації становить 100 кГц, конденсатори дійсно повинні справно працювати з кількома МГц. ПРИМІТКА: електроліти з низькою індуктивністю для програм SMPS розроблені, але вони коштують реальних грошей, а не копійок, як звичайні моделі.

Пізнє додавання: спочатку вся ваша вихідна потужність зберігається в конденсаторах - немає прямого шляху від входу до виходу. Як запропоновано в кількох інших коментарях - суцільне розсіювання у ваших конденсаторах може призвести до кипіння. Індуктивність змушує її локалізуватися більше на найближчих кінцях внутрішнього валка пластини.

Я роблю ставку на потужність, створену пульсаційними струмами. Ваш конденсатор має деяку ШОЕ. Імпульсний струм вашої величини може залишати там, як десять двадцять ват, досить легко. Отже ... Поставте кілька паралельно з найменшими можливими ESR / ESL

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 = 5,6 кГц, яка є найшвидшою швидкістю зарядки, яку вона може обробити і досягти повної напруги заряду.

f перемикач = 100 кГц ШІМ змінної D, таким чином, як 100 кГц, він буде відображатися як втратний резистор лише на рівні 11,3 Ом із втратами та номінальним пульсаційним струмом 92mA, пристрій може обробляти лише 1,03 Вт при максимальній температурі 105 C або підйом на 85 ° С над температурою кімнати 20 ° С.$Pc=I^2ESR$

Тепер, щоб вибрати кришку 22uF, ви хочете дотримуватися рекомендації App Note і вибрати низький ковпачок ШОЕ, а не електролітичний загального призначення (GP e-cap)

Те, що вони вам не кажуть у школі (і я вже багато разів коментував це на цьому сайті), - це те, що електронна шапка GP має значення ESR * C> = 100 нас, а низький коефіцієнт ESR <10us і найкращий випадок <1us. Це те, що потрібно при виборі періоду перемикання <10us.

Зараз не важко сортувати бази даних Digikey або Mouser за ESR або шукати іншими способами для наднизької ШОЕ. Можливо, ви також хочете прочитати таблиці MSDS електронних ковпачків для впливу токсичних речовин, коли вони підірвуться.

Примітка про додаток радить очікувати, що під час ВИБОРУ ІНДУКТОРА цього

Хороша оцінка пульсаційного струму індуктора - 20% до 40% вихідного струму.

E-Caps оцінюються декількома способами. DF @ 120 Гц (для використання малого лінійного випрямляча) максимум струму пульсаційного струму (типізація) не старіє після 10 років!

Важливо пам’ятати, що шапки зазвичай заряджаються скиданням імпульсів струму, а потім повільно розряджаються між імпульсами, тому робочий цикл визначає співвідношення пікового / середнього струму. Якщо напруга пульсації становить 10%, то коефіцієнт струму pk / avg становить 10/1. Якщо розсіювання енергії - це розсіювання потужності в кожному імпульсі, кратному частоті повторення імпульсу. Без проблем, так як 100 Гц і 1000 разів гірше на 100 кГц.

Отже, результат не розуміння тонких порад у Примітці додатка ... - це китайський вогнемет.

Відгуки від ОП у коментарях, які мали бути у запитанні

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdf Технічні характеристики кришки
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Підвищення додатка дизайну Reg Reg Note