Qu'est-ce qui fait exploser le condensateur de mon convertisseur DC / DC?

Je fais sauter des condensateurs et je ne sais pas quelle est la cause de cela. Ce n'est certainement PAS UNE SURTENSION et PAS UNE POLARISATION INCORRECTE . Permettez-moi de vous présenter le scénario:

J'ai conçu un convertisseur Boost à double cascade en utilisant ce schéma:

Vout peut être obtenu à partir de: où D_ \ max est le rapport cyclique maximal.$\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$$D_ \max$

Je veux augmenter une tension d'entrée de 12V en une tension de sortie de 100V . Ma charge est de 100 Ω , donc elle se dissiperait de 100 W. Si je ne considère aucune perte (je sais que je suis TROP idéaliste, calmez-vous ), la source de tension d'entrée fournira 8,33 A

Nous pouvons diviser le circuit en deux étages, la sortie du premier étage est l'entrée du deuxième étage. Voici mon problème:

C1 explose lorsque la tension à travers elle atteint environ 30V. C1 est évalué pour 350V et c'est un condensateur électrolytique 22uF (radial) 10x12.5mm. Je suis totalement sûr que la polarisation est correcte.

Le courant d'entrée du deuxième étage devrait (idéalement) être d'environ 3,33 A (afin de garder les 100 W avec 30 V pour cet étage). Je sais que le courant pourrait être plus élevé, mais c'est une bonne approximation à cet effet. La fréquence de commutation est de 100Khz .

Pour une raison quelconque, la casquette explose et je ne sais pas vraiment pourquoi. Bien sûr, lorsque cela se produit, le capuchon (mort) est chaud.

Peut-il s'agir d'un effet de l'ESR? Ce cap a un facteur de dissipation de 0,15 à 1 kHz. Donc (DF augmenterait également pour une fréquence plus élevée) pour C1.$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

Étant donné que L2 est assez grand, je m'attendrais à ce que C1 fournisse un courant assez constant égal au courant d'entrée de la deuxième stange (3,33 A), de sorte que la puissance dissipée dans ESR est censée être d'environ:$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

Cela peut-il le rendre trop chaud et exploser? J'en doute....

Information additionnelle:

• L1 est d'environ 1 mHy
• L2 est d'environ 2mHy
• D1 est une diode schottky 45V
• J'ai essayé deux condensateurs différents: 160V 22uF qui a explosé, puis j'ai essayé le 350V 22uF qui a également explosé.
• La mesure du courant dans le capuchon serait difficile en raison de la disposition des PCB
• Le premier et le deuxième MOSFET ont un petit réseau RC amortisseur. Je ne pense pas que cela puisse causer de problème en C1.

J'attends vos idées!

EDIT n ° 1 = L1 est assez grand, l'ondulation n'est que de 1% du courant d'entrée nominal (disons 100 W / 12 V = 8,33 A), donc on peut supposer que c'est presque comme un courant constant à l'entrée de l'étage 1. Pour l'étage 2 l'ondulation du courant d'inductance est inférieure à 5%, on peut aussi penser que c'est un courant constant). Lorsque le MOSFET 1 est activé, environ 8,33 A le traverse, mais lorsqu'il est désactivé, ce courant (nous avons dit "pratiquement constant") passe par D1. Nous pouvons dire que le courant dans le condensateur serait . On constate enfin que le courant de crête en C1 doit être de l'ordre de . À peu près actuel! et il dissiperait ... mais ne semble pas tellement dissipé dans l'ESR.$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

Comme quelqu'un l'a dit, je pourrais également considérer l'inductance interne du capuchon, mais je pense que ce ne serait pas une cause de dissipation de puissance (nous savons que les inducteurs stockent de l'énergie mais ne la transforment pas en chaleur) Quoi qu'il en soit, malgré le calcul ci-dessus était très simplifié et il pourrait être un peu plus dissipé, je me demande quand même si c'est suffisant pour le faire bouillir et exploser!

Le courant d'ondulation de pointe pour C1 est d'environ I (sortie) / D où D = rapport cyclique. Si le rapport cyclique est de 50% à votre sortie 30 V, l'ondulation pour C1 est de 3,3 / 0,5 = 6,6 A. Lorsque le rapport cyclique est réduit, cela empire. Si le rapport cyclique était de 10% = 0,1, le pic actuel est de 33 A.

Si vous utilisez ensuite votre valeur ESR, la puissance dissipée est d'environ 0,4 W, beaucoup plus élevée que celle que vous aviez précédemment calculée.

Si je regarde les condensateurs 160 V sur Mouser (je suppose que vous utilisez Al Electrolytics), je ne vois rien de généralement disponible qui pourrait soutenir les courants de crête dont vous avez besoin.

Je vous suggère d'utiliser le Webench de TI pour travailler sur une conception, puis de regarder les composants sélectionnés. Vous remarquerez que sur de nombreux modèles, ils utilisent des condensateurs à très faible ESR et en ont souvent deux, voire trois en parallèle. Par exemple, ils utilisent souvent des capuchons en polymère Panasonic dans les conceptions et ils ont des taux de courant d'ondulation très élevés à des fréquences très élevées.

Vos condensateurs peuvent avoir une inductance interne assez importante - trop pour des impulsions de 100 kHz. Vous devez connecter des condensateurs non électrolytiques plus petits en parallèle avec eux jusqu'à ce que l'oscilloscope montre que les limites de tension ne sont pas dépassées.

BTW. le courant se précipite sous forme d'impulsions provenant des inductances dès que les fets s'éteignent. Le début de l'impulsion actuelle est très net - aussi net que la vitesse à laquelle les fets peuvent s'éteindre. Si la fréquence de commutation est de 100 kHz, les condensateurs devraient vraiment gérer plusieurs MHz correctement. REMARQUE: des électrolytes à faible inductance pour les applications SMPS sont développés mais ils coûtent de l'argent réel, pas des sous comme les modèles ordinaires.

Ajout tardif: toute votre puissance de sortie est d'abord stockée dans les condensateurs - aucun moyen direct de l'entrée à la sortie. Comme suggéré dans plusieurs autres commentaires - la simple dissipation dans vos condensateurs peut provoquer une ébullition. L'inductance l'amène à se localiser davantage aux extrémités proches du rouleau de plaque intérieur.

Je parie sur la puissance créée par les courants d'ondulation. Votre condensateur a un certain ESR. Un courant pulsé de votre ampleur peut facilement rester là, comme dix-vingt watts. Alors ... Mettez plusieurs en parallèle, avec le plus faible ESR / ESL possible

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 kHz, ce qui est le taux de charge le plus rapide qu'il peut gérer et atteindre la pleine tension de charge.

commutateur f = 100kHz PWM variable D donc comme 100kHz il apparaîtra comme une résistance avec perte uniquement à 11,3 Ω avec des pertes de et un courant d'ondulation nominal de 92mA, l'appareil ne peut gérer que 1,03W à une température maximale de 105C ou un montée de 85 ° C au-dessus de la température ambiante de 20 ° C.$Pc=I^2ESR$

Maintenant, pour choisir un plafond de 22uF, vous voulez suivre la recommandation de l'App Note et choisir un plafond à faible ESR et non un électrolytique à usage général (GP e-cap)

Ce qu'ils ne vous disent pas à l'école (et je l'ai souvent commenté sur ce site), c'est qu'un e-cap GP a un ESR * C> = 100 us tandis qu'un plafond ESR faible <10us et le meilleur des cas <1us. C'est ce dont vous avez besoin lorsque vous choisissez une période de commutation <10us.

Désormais, il n'est plus difficile de trier les bases de données Digikey ou Mouser par ESR ou de rechercher par d'autres moyens des ESR ultra faibles. Vous voudrez peut-être également lire les fiches signalétiques des bouchons électroniques pour l'exposition aux matières toxiques lorsqu'ils explosent.

L'App Note vous conseille de vous attendre à sous INDUCTOR SELECTION que

Une bonne estimation du courant d'ondulation de l'inductance est de 20% à 40% du courant de sortie.

Les E-Caps sont classés de plusieurs façons. DF @ 120Hz (pour l'utilisation de redresseurs en pont de petite ligne) courant d'ondulation max ESR (typ.) Non vieilli après 10 ans!

Il est important de se rappeler que les bouchons sont généralement chargés en déchargeant les impulsions de courant puis déchargés lentement entre les impulsions, de sorte que le rapport cyclique détermine le rapport du courant de crête / moy. Si la tension d'ondulation est de 10%, le rapport courant pk / moy est 10/1. Si la dissipation d'énergie est la dissipation de puissance dans chaque impulsion multipliée par le taux de répétition des impulsions. Pas de problème car 100Hz et 1000x pire à 100kHz.

D'où le résultat de ne pas comprendre les conseils subtils dans l'App Note ... est un pétard chinois.

Références du PO dans les commentaires qui auraient dû être en question

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdf Spécifications de la casquette
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Remarque sur l'application Boost Reg Design