推拉转换器，mosfet漏极振铃

Question

im使用中心抽头变压器构建dc-dc转换器。

我遇到的问题是，在整个半波期间，mosfet排水管都会保持不变。根据匝数比，二次侧整流器上电容器的电压似乎正确，但我担心振铃会杀死mosfet。因为即使在相对较低的负载下，电压峰值也会超过50V（转换器将提供12V），这是我在mosfet上放置的TVS二极管的额定值，它会使它们很快变热。我想在尝试更高负载之前解决振铃问题，因为我担心TVS二极管会烧坏，尖峰会杀死mosfet（额定电压为75V）。该转换器将运行2台与pirmaries并联的变压器，我认为这将使振铃问题更加严重，所以目前我只尝试使用一台变压器，并使用2s lipo电池运行转换器，以降低振铃电压。驱动部分配有单独的3s脂电池，2s脂电池仅用于变压器，因此驱动程序可以获得足够的电压，希望电压尖峰不会干扰驱动部分。

在图片上，蓝色通道是栅极波形，黄色是二次侧的电容电压（通过1:100电阻分压器），紫色是漏极电压。第一张图片是40瓦灯泡作为负载连接，第二张图片是100瓦灯泡。正如你所看到的，如此小的负载（相比之下，换流器的功率只有几千瓦）可能会使漏极电压升高到使TVS二极管发热的水平。在另一个主题中，有人建议将频率增加到该振铃频率（目前其运行频率约为100kHz）。我试着先把频率提高到约180kHz，然后再提高到约250kHz，但我认为我无法将频率提高到更高的振铃频率，而振铃频率应该在1MHz左右。我使用的sg3525不能产生这样的频率，但即使可以，我也不认为使用这么高的频率来达到这个目的是一个好主意。频率的提高只使振铃幅度降低了一点点，距离不够近，振铃频率保持不变。驱动电路只是一个sg3525，连接到2个mosfet驱动器，带有0.47欧姆栅电阻。它驱动2x8个IRF2907ZPBF mosfet，这些mosfet连接到3x20mm铜棒上，变压器拧在铜棒上。变压器采用B65684A0000R027 EPCOS铁芯，以1:20的比率绕制，使用2根直径为5.5mm的litz线作为一次绕组，其中每侧为一匝，次级为20匝较细的litz丝。我尝试尽可能缩短连接，并尝试添加RCD日光灯（10uF、0.2欧姆和150v 30a肖特基二极管），但防晒霜只起了很小的作用。我尝试的所有解决方案都只起到了很小的作用，而稍微增加负载则完全抵消了它们的影响。我想连接更高的负载，即使是逆变器额定值的三分之一，也会立即杀死电视和mosfet。

如果你能想出任何解决方案，我将非常乐意阅读并尝试，因为我完全没有主意。我花了很多时间和金钱来设计和建造转换器，我不想放弃。任何帮助都将不胜感激。我不需要漏极波形看起来完全是正方形的，我只希望电压足够低，不会杀死任何组件。

编辑：我在这里张贴示意图，我不得不在上面添加更改，很抱歉在查看时给人带来不便。

这张图显示了变压器和pcb。

以下是变压器的一次绕组图：

Answer 1

由于两个一次绕组之间总是有一些漏感，所以中心对顶拓扑总是会导致电压过冲和振铃。只有两种方法可以控制此类铃声：

1. 缓冲器，有几种类型。
2. 更改拓扑，同样有几种类型可供选择。

你设计的功率等级是多少？

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2024-05-25更新

以下是我建议您在当前情况下尝试的第一个想法：

添加电压钳位，将MOSFET两端的最大电压限制在合理的水平。

理论基础：
这是一个相对简单的附加组件。然而，考虑到电路的寄生似乎相当大（出于各种原因，稍后可以探讨），这些钳位电路将处理的功率相对于转换器的输出功率也相当大。然而，如果您想继续使用现有的设计，并进行最小的更改，这是一个很好的方法，这将揭示它可能达到的实际最大功率水平。它还可能暴露现有设计的局限性，并建议进一步完善设计的步骤。

电压钳，选项1：耗散型。
这是最简单的电压钳位电路之一。二极管捕捉MOSFET Vds波形的峰值，并将其钳制到电容器上的电压。在循环的这一部分，一些能量被转移到电容器。当Vds低于箝位电压时，存储在电容器上的电荷随后被电阻器耗尽。电阻器的另一端可以连接到GND或正极供电轨，后者在某些情况下可能更有效。

^{模拟此电路–使用创建原理图电路实验室}

还有其他电压钳选项，下一个选项是用功率转换器取代电阻器，将能量返回到电源或负载；然而，在我们清楚地了解到votlage钳需要多少功率才能捕捉到能量之前，寻求这种选择是没有意义的。

设计注意事项
电源电压为12V，MOSFET额定电压为75V，TVS额定电压为40V（5KP40A在44V时开始导通，在最大脉冲电流79.1A时钳位至64.5V）。我建议以大约3倍输入电压（即36V）的最大钳位电容电压为起点，并观察钳位需要收集多少功率才能实现这一目标。该电压远低于TVS的钳位电压，其原理是钳位完成大部分工作，使TVS“清理”钳位无法处理的任何非常短的电压尖峰。

夹钳应捕获和耗散多少功率？嗯，我建议，如果夹钳必须处理超过转换器额定功率的10%，那么整个转换器需要进行认真的重新设计。因此，我建议从大约10%的转换器额定功率开始，即：600W（6kW的10%）。这将使您能够确定寄生对转换器性能的影响程度。

组件选择：
示意图中显示的组件只是您评估此应用程序的起点。二极管是这里最关键的部件：它必须非常快，因为它必须能够处理非常快的电流脉冲，同时不会对MOSFET造成明显的更多开关损耗。

二极管：
我建议从额定电压至少为75伏（与MOSFET相同）或稍高一点的二极管开始，比如说100伏——在此阶段保持此额定电压较低意味着提高找到合适二极管的机会。目前的评级更是猜测，因为它将承载很短时间内的满载电流-该电流脉冲的持续时间将完全取决于（a）开关频率，以及（b）电路寄生，此时未知。

您有8个MOSFET，承载着从12VDC运行的6kW转换器的负载电流。所以输入电流约为500A，每个MOSFET携带62A。假设你会每个MOSFET一个钳位二极管根据我的经验，箝位二极管需要的连续正向电流额定值为该值的5%至10%，即1.25A至2.5。2.0A应该可以开始使用。基于浪涌电流额定值选择钳位二极管充满了问题，因为浪涌额定值的确定方式不一致。反向恢复时间应小于100ns，越低越好。探索建议：
BYV27-100，100V 2A 25ns，OEM=Vishay
VS-2EJH01HM3，100V，2A，25ns，OEM=Vishay

电容器：
这必须是高质量的，具有低ESR、低ESL和额定脉冲电流。通常使用带金属箔绕组的聚丙烯。金属薄膜绕组可以接受，但这取决于制造商的数据。准确的电容值是一种平衡：高到足以有效，但不太高，以免在启动时引起问题：+12VDC首次接通时的电流涌入不得损坏电路的任何部分，尤其是钳位二极管。它将承受与二极管相同的电流应力，因此请根据此进行选择。当然，最小电压必须远高于36V的钳位电压，然而，很可能您会发现脉冲电流额定值要求将迫使您从更高的电压范围中选择合适的电容器。

电阻器：
由于这主要是看到直流电压加上一些纹波，它不需要高脉冲额定值。应选择具有时间常数的值，电容器是开关周期的几倍。额定功率：一旦确定R值（欧姆），当钳位电压恒定在36V时，会发生最坏情况下的功耗。

布局：
为了确保MOSFET漏源电压的良好箝位，MOSFET、二极管和电容器形成的回路中的电感必须非常低。这意味着需要紧凑的布局，并且这些组件形成的区域必须尽可能小。换句话说：二极管和电容器必须位于离MOSFET引脚非常近的位置，并用非常短的电线连接，最好只使用元件本身的修剪引线。经验法则是：每1mm的导线增加1nH的电感。

电阻器是一条缓慢的电流路径，因此它与电路其余部分的连接可以更轻松。

Answer 2

设计和布局有几个问题，但与提出的问题最相关的是：

漏电感主要是由于绕组之间的空间造成的。

当PP转换器换向（开关状态）时，满载电流或峰间电压必须从一侧变为另一侧。这是通过主变压器两半之间的漏感发生的。因此，泄漏至关重要。

初级绕组的基本绕组几何结构是两对导线重叠。

从图表中看不清楚它们是并排成对、交替（交错）还是一个在另一个之上（层）：

（确切地说，将其视为绕铁芯轴旋转的绕线盘/变压器绕组的横截面（未显示）。）

在这些情况下，交错的情况下杂散电感最小，就像两条以上的绞合电缆并联。单对绞合线每毫米长度约为0.5 nH，因此可能更接近0.2 nH/mm。

如果选择了其他选项，则该数字将更接近0.5 nH/mm，甚至更大一些。

如果绕组的直径约为25mm，则周长为78mm，因此变压器中的总电感最小约为15.6nH。

对于本项目来说，Litz线是一个很好的选择，用于负载电流：0.2mm绞合，在这种尺寸的导线和绕组中，在损耗开始显著增加之前，将达到50-100kHz。然而，同样有利于承载电流的效果也会影响漏感：litz是通过电缆对磁场透明因此，为了计算电感，导线看起来比实际要薄得多，并且中间的所有空间都充满了更多的磁场。

这可能会使泄漏增加20-50%，使泄漏处于18-23nH的最佳情况。

这就是变压器本身。

不清楚多少钱引线长度你必须面对变形金刚；这些数字相互矛盾：一个显示长母线，没有公共点（松动端），另一个显示短母线（但没有电源连接？）。无论是哪种方式，这些连接看起来都有1s到10s厘米长，并且比变压器绕组中的线对间隔更宽，因此电感积累得更快。50或100nH并非不可能。

最后，我们可以从波形中计算泄漏。假设有八个IRF2907Z型每侧平行，C_{开放源码软件}平均~16V V_{DS（关闭）}约为1.1nF，或总计8.8nF。振铃频率约为1.686 MHz，这意味着\$L=\压裂{1}{（2\pif）^2C}\$或1.01µH。

这些测量值差异很大，所以可能还有更多您没有显示的，但无论如何，要点是明确的：杂散电感对于这里使用的开关频率来说太高了，导致明显的响铃和过冲。