怎么解决开关电源MOS管波形震荡的问题呢?

电源/新能源

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根据笔者的经验在逆变器和变频器故障失效的维修案例中有相当部分的导致模块失效的原因是模块的开关电源损坏导致的,我们知道构成开关电源的拓扑结构有很多种,比如经典的buck降压拓扑、boost升压拓扑、flyback反激拓扑等等。

根据不同的方案需要可以调整不同的拓扑结构,但是在这些拓扑结构中作为开关器件的MOSFET都是少不了的,所以大多数时候我们在做电源调试的时候基本上都是在围绕MOSFET器件查找问题,有时候我们在测量MOSFET的G.S引脚的时候会发现MOS管的开通波形与驱动波形存在明显的不一致,而这很有可能就是导致电源失效的罪魁祸首。

PCB走线

图表2一个典型的MOS驱动信号与开关信号不一致的情况

如果出现如图表2中这种情况我们该怎么处理呢?怎样才能消除这种尖峰波动?图3给出了一个比较常见的驱动电路下面我们以图3的电路来分析一下导致出现图2的不正常驱动波形的原因。

PCB走线

图表3典型的MOS管驱动电路图

从驱动IC出来的波形正常,到C1两端的波形就有振荡了,实际上这个振荡就是R1、L1和C1三个元器件的串联振荡引起的,R1为驱动电阻,是我们外加的,L1是PCB上走线的寄生电感,C1是MOS管G.S的寄生电容。

对于一个RLC串联谐振电路,其中L1和C1不消耗功率,电阻R1起到阻值振荡的阻尼作用。实际上驱动电阻R1的选择决定了这个电路是否会产生震荡:

a)当R1〉2(L1/C1)^0.5时,S1,S2为不相等的实数根。过阻尼情况。在这种情况下,基本不会发生振荡的。

b)当R1=2(L1/C1)^0.5时,S1,S2为两个相等的实数根。临界情况。在这种情况下,有振荡也是比较微弱的。

c)当R1<2(L1/C1)^0.5时,S1,S2为共轭复数根。欠阻尼情况。在这种情况下,电路一定会发生振荡。

所以对于上述的几个振荡需要消除的话,我们有几个选择。

1,增大电阻R1使R1≥2(L1/C1)^0.5,来消除振荡,但是要注意的是增大R1会降低电源效率的,所以一般可以选择一个选择接近临界的阻值但不要超出临界值太多的电阻来解决。

2,减小PCB走线寄生电感,在电子维修过程中因为PCB出厂的时候板子的各项寄生参数就已经确定了没有办法更改,所以我们在维修的时候要注意做到不要飞线更不能破坏引脚附近的铜箔。

3、增大C1,对于一个特定的PCB板这个参数也是基本固定的所以也不好更改,因此最主要需要走到的仍然是不要破坏PCB板的铜箔就不会改变电路的寄生参数。

总结一下正确的处理方法:如果是维修已经量产的成熟板卡的话因为无法调整电路板的寄生参数所以最主要的是要做到修旧如旧,千万不能破坏原来电路的结构,也不要飞线,如果还是在量产投产之前的话我们可以适当更改一下PCB板铜箔走线情况,也可以通过调整R1来实现。

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