Cambiando el suministro quemando mosfets, ¿qué está pasando?
enoob
He estado trabajando en un convertidor SEPIC para la fuente de alimentación de un cigarrillo electrónico. Esta aplicación implica el uso de dos baterías INR de 3,7 V en paralelo, clasificadas para una descarga de corriente alta adecuada, para alimentar el convertidor y accionar un elemento calefactor Kanthal con una resistencia de CC que oscila entre 0,5 ohmios y 2 ohmios.
Estoy manejando el SEPIC MOSFET con la salida PWM de un atmega328p a ~5.0v, a través de una resistencia limitadora de 100 ohmios y con un pulldown de 10K a tierra. La porción SEPIC del circuito es la siguiente:
La única diferencia es que mi MOSFET es un STL260N3LLH6 y mi diodo es MBR2045EMFST1G : mi biblioteca LTSpice no tiene entradas para las partes que realmente estoy usando. Los inductores no están acoplados y están clasificados para una saturación de corriente de 48A. Todos los condensadores son de cerámica.
En ciclos de trabajo bajos, obtengo el comportamiento esperado, aunque a veces, según el valor del inductor y el valor del capacitor de acoplamiento, el voltaje de salida es aproximadamente un 10% más alto de lo que debería ser para un ciclo de trabajo en particular.
Una vez que llego a un ciclo de trabajo de alrededor del 55-60 %, la salida de voltaje ya no continúa aumentando y alrededor del 65 %, el MOSFET se calienta mucho y se quemará si se usa durante demasiado tiempo.
Inicialmente, pensé que no estaba manejando la compuerta MOSFET lo suficientemente fuerte, ya que traté de operar mi MCU a 3.3v, pero operar la MCU y el MOSFET a 5.0v no solucionó el problema. Los valores del inductor de 1,5 uH a 6,5 uH también se han cambiado con cambios mínimos en el comportamiento. He intentado acoplar capacitores desde 1uF hasta 90uF, pero aún no tuve suerte. También se ha intentado cambiar las frecuencias de 400 Hz a 128 kHz.
¿Alguien puede indicarme la dirección correcta de por qué mi MOSFET se está quemando? Por curiosidad, construí un convertidor reductor-elevador usando las mismas piezas y obtuve un resultado similar.
Respuestas (2)
Spehro Pefhany
¿Cómo calculó esos valores de inductancia y/o temporización? Además, 100 ohmios harán que esa puerta cambie a una velocidad glacial. 62nC (hoja de datos) es mucha carga de puerta.
De todos modos, si asumimos que tiene un ciclo de trabajo del 50% y permite que la corriente aumente (supongamos el mejor de los casos, comenzando desde cero) linealmente desde 0 durante 1 ms, la corriente al final del tiempo (a través del inductor 4.7uH) ser 787A.
Debe conducir esa puerta con fuerza con un controlador de puerta a al menos 5 V y ciertamente no con los ~ 150-200 ohmios (contando la resistencia de salida del AVR) con la que la está manejando, y para aumentar la frecuencia de conmutación y/o los valores del inductor .
Obtiene que el MOSFET pasa todo su tiempo en la región lineal a altas frecuencias y los inductores se saturan a bajas frecuencias y el MOSFET nunca se enciende por completo (excepto esa prueba de 5V).
Si puede rogar o pedir prestado (no recomendaría robar) un osciloscopio y observar las formas de onda de voltaje y corriente, podrá progresar rápidamente. De lo contrario, mire las simulaciones, incluidas las formas de onda actuales, y coloque valores reales como esos más de 100 ohmios en serie con la unidad.
ilkhd
Spehro Pefhany
electrofreak
Creo que primero debes definir tu diseño en un nivel básico. ¿Cuánto voltaje quieres en la salida? ¿Operación continua? ¿Cuánta corriente? Calcule sus requisitos básicos y comience a dimensionar sus componentes desde allí.
Conducir un MOSFET de potencia desde un pin MCU es una mala idea a menos que esté manejando FET de señal pequeña (nivel lógico). El pin MCU solo puede suministrar unos pocos mA. Esto significa que el FET cambiará con bastante lentitud. Cada vez que el MOSFET se enciende o se apaga, disipa calor. Cuanto mayor sea la frecuencia de conmutación, mayor es la pérdida. Por lo tanto, la compuerta del FET debe manejarse con fuerza con un voltaje de compuerta de 10 V o más (máximo, especialmente si se espera que maneje altas corrientes. Además, el MOSFET debe soportar VIN + VOUT . Agregaría un factor de seguridad de 30 % para que sea robusto.
Por otro lado, una alta frecuencia de conmutación le permite reducir el tamaño de sus inductores y capacitores (hasta cierto punto). Se trata de compensaciones...
Considere usar LM5022 como controlador. Construí con éxito un SEPIC usando eso y acoplando inductores de Coilcraft. Podría salirse con la suya con un rango de VIN más estrecho. La parte complicada es iniciar el chip con voltajes bajos, pero tal vez puedas hacer una bomba de carga simple ( https://www.powerelectronictips.com/faq-what-is-a-charge-pump-and-why-is-it -useful-part-1-faq/ ) para iniciar el chip y luego suministrarlo desde la salida (si el voltaje de salida es lo suficientemente alto). ¡Recuerde usar diodos para desacoplar los dos caminos!
Si todo lo que necesita es un pulso corto de alta corriente, tal vez debería repensar su diseño.
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