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再谈H桥与升压电路 问题 (附带论坛建议)

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楼主

这个一个多星期来 一直在论坛上发帖 请问关于H桥 烧毁Pmos ,升压电路的问题。
打扰到大家,真的不好意思!
本着求教的心态,希望大家能够理解!
现在将这一星期遇到的现象,再总结一下,希望各位大哥能够多多指教!




这个电路需要实现功能

file:///C:/Users/su/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

file:///C:/Users/su/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg

简述:

通过升压,然后依赖H桥 打开或关闭 电磁阀


具体描述:

2节5号电池供电VBAT,VBAT 一路给单片机供电,一路通过boost升压电路,将电压升至16V,然后作为H桥源。H桥 打开持续时间为100ms,不用PWM调速。


电磁阀规格:

电磁阀只需要一个100ms脉冲,8V,1.2A 就可瞬间打开或者关闭,状态可保持,后续不用持续供电。脉冲的正向和反向决定了电磁阀的打开或者关闭。


升压电路参数:

电感L : 220UH

三极管 Q10 : 8050 NPN

二极管D : SS14

电容 C: 10000Uf /25V

PWM 频率:200Khz

PWM 占空:80%



升压电路出现问题:


1.    单片机烧毁

2.    单片机输出PWM 波形H_EN 于Q10  基极波形不一致

3.     Q11损坏,像是被击穿了

4.    Q10 是NPN 8050 ,出现过几次烧毁


针对问题1,单片机烧毁的问题,由于没有找出根本原因,怀疑是升压电路中L的能量在最后关闭的时候,没能释放 然后回灌过来,导致单片机烧毁 。于是在升压电路的输入端加入一个SS14 进行隔离,后面再也没有烧毁单片机的现象。


带来的新的问题:

加上SS14在升压电路输入端,出现了,升压完毕,Q10 截止后,Q10   C极的电压不等于电池的电压,而是TP1 端电压的1/2,(即升压后的电压)。

如果升压到12V,Q10 C极的电压就是6V,

如果升压到9V,Q10 C极的电压就是4.5V  


而这个现象也导致了,升压过程中 Q10 导通时,无法达到饱和的状态,每次导通Q10  C极的电压都不能低于0.2v..


去掉SS14 之后就没有这种现象~~~

所以没找出根本原因之前,千万别乱改电路,不然又引入新的问题。

目前SS14还加着,等单片机回来,再去掉,继续看看是不是还会烧~~~


疑问:升压电路的L  是否真的存在能量 回灌 呢???

为什么加上SS14之后 Q10 的C极就会等于升压后电压的1/2呢?为什么不是电池电压减去SS14 的导通电压呢?



针对问题2,当我改变R21等于1K 时,我改变PWM的频率,800Khz200KHz 50Khz。得出一个现象,频率越大,Q10 B极的波形就越不像 单片机输出PWM 波形。 它的下降压好像存在很大延时似的。。。这也是导致升压中Q10 导通没办法饱和的一个原因。

file:///C:/Users/su/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

然后我通过改变R21 的阻值,在同样的频率下, 20Ω,100Ω 1KΩ 10KΩ,发现随着电阻的减小,H_EN 的幅值也在减小, 但是PWM 的波形没变

20Ω,H_EN 的幅值为0.9V

100Ω,H_EN 的幅值为1.56V

1KΩ,H_EN 的幅值为3.0V

10KΩ,H_EN 的幅值为3.0V


而当电阻为20Ω,Q10 B极的波形终于和单片机输出PWM 波形一致了,升压过程中,Q10导通时,也终于饱和了~~~~


疑问:这个8050是不是假货~~~~为什么B极 必须串这么小的电阻才可以??? 是什么原因导致串联的电阻越大,下降压延时就越大??这个NPN 该如何选型???


针对问题3,应该是电压升太高了。Q11选的是AO3401 的Pmos 管,该管的Vgs是±12V

当电压升12V时,一旦Q12打开,Vg=0,那么Vgs就是升压后的电压 即-12V这时 Q11就损坏了~~~~


所以这个Q11的Vgs 是不是就限制了这个升压电路最高能升至几V??



针对问题4 目前仍然一头雾水,不知道为什么就烧毁了,而且是冒烟~~~!!!



升压电路遇到的问题和尝试 就以上这些!!!接下来说说 H 桥的问题!


H桥主要是 两个Pmos 管出现类似Q11一样击穿的现象。

网上发帖几轮之后,什么答案都有,基本如下:

1 . R3 R4 R9 R10 阻值太大无法完全打开Pmos,===》但是这个值情况下,我试了很多次只要升压足够,电磁阀都能操作~~~Pmos 没完全打开 就会坏了?

2. 反向电动势损坏了Pmos,Pmos的体二极管不足以抵抗反向电动势===》如果是这样,那为什么只是偶尔损坏呢?而不是经常损坏?

3. 什么死区时间。。====》我不是很懂死区时间是什么,但这个电路没有PWM 调速的,还需要考虑吗?



最后我说说我自己的看法:


我认为还是 VCC_HB 升压到12V超出Pmos 本身 的Vgs,导致Pmos 击穿了。

这个和Q11 损坏的原因应该是一样的。

如图所示:

但 H_A =1 H_B=0 ,时

Q1 导通   此时Vs1电压应该是VCC_HB,而Vg1的电压应该1/2VCC_HB(如果R3=R9时),

Vgs =Vg1-Vs1= -1/2 VCC_HB ,  

当VCC_HB 是12V时,那么 Vgs1 = - 1/2*12V =-6V

满足Vgs ±12V的要求,应该就不会击穿损坏



当是 这个时候很容易忽略的是 Q7导通了,Vs2的电压应该是接近于0V。

那么 对于Q2 来说,它的Vgs =Vg2-Vs2

Q5没导通, Vg2 =VCC_HB=12V  而Vs2又接近于0V

Q2 的Vgs 就接近 ±12V  ,那么Q2 就危险 了有被损坏了可能。。。。


file:///C:/Users/su/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg

以上分析不知道 对不对, 但我知道肯定有人会说,既然这样那怎么不是百分百损坏呢?怎么又是偶尔损坏呢?


我觉得原因有两个:

1.    Q7 的内阻可能分了一些压 让Vgs不至于真的等于12V ( 虽然是毫欧级别,有点勉强)。但规格书说的±12V 应该也是有点裕量的吧

2.    就如升压的电路原理,是将能量蓄积在电容里面,而当H桥某一边导通时,电容是瞬间对电磁阀进行放电的,这个就导致了 H桥导通时,VCC_HB 不是一直保持12V,而是慢慢减少的,这也就减少了损坏的可能性!!!


归根到底还是 Pmos 的Vgs 决定了H桥的源 电压最大能是多少!



希望各位大侠 帮忙解决解决上面的疑问!!!


最后附上几个建议:
为什么发帖 时中间怎么插图 呢? 如果篇幅大了,图片都放在后面 读帖的人 很不舒服~~~~希望能够增加这个功能。

发帖本来就是交流请教!我感谢每一个真心指教的人,chunyang
但是也有些人回得 实在是让人费解: 电路设计成这样不烧才怪, 对的, 什么什么改一下~~~~
诸如此类

要真的愿意指教,愿闻其详,但如果不想,我真心的希望不要浪费你宝贵的时间


2.png (25.74 KB )

2.png

1.png (752.85 KB )

1.png

2017-06-09_222117.jpg (253.37 KB )

2017-06-09_222117.jpg

再问H桥与升压电路.rar

1.05 MB

相关帖子

沙发
123654789| | 2017-6-10 09:20 | 只看该作者
你用H桥驱动电磁阀 , 为什么你的电磁阀要换向 ??

使用特权

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板凳
123654789| | 2017-6-10 09:51 | 只看该作者
把c7 c8  去掉
然后给Q1  Q2  Q6  Q7  每个MOS并联1个IN5817二极管上去

使用特权

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地板
一周一天班| | 2017-6-10 13:25 | 只看该作者
知道你最大问题出在哪了,就是升压电路问题。图上8050的B波形有问题,这个波形说明8050在高频率下驱动能力严重不足。
而且你这个升压电路必须在电磁阀打开时,同时关闭8050的升压PWM,否则负载电流的增加,会加大8050的负载电流,8050烧就很正常。
所以在升压完成,打开H驱动时,必须先关闭8050。

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5
一周一天班| | 2017-6-10 13:26 | 只看该作者
8050升压期间,不能有负载。

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6
一周一天班| | 2017-6-10 13:31 | 只看该作者
建议8050换成高频小功率管,比如2N3904,同时PWM波形应该高电平脉冲窄,频率需要和电感匹配,频率越高,电感越小。500K建议用47uH左右。如果电感时220uH,频率不超过200K。

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7
一周一天班| | 2017-6-10 13:32 | 只看该作者
存储电容也太小了,至少几百uF。

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8
一周一天班| | 2017-6-10 13:36 | 只看该作者
总之电路是一团糟糕,会选择合适的便宜的集成IC实现电路,比自己用分离的电路设计,水平高好多倍。尽量选择集成的IC,即使最便宜的也比分离的可靠。最大的成本不是设计时的器件成本,是生产不可靠产生的浪费成本。产品返工一次,至少是你这硬件成本的好多倍。
学会从整体考虑设计。

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9
一周一天班| | 2017-6-10 13:43 | 只看该作者
本帖最后由 一周一天班 于 2017-6-10 13:51 编辑

找个最便宜的升压IC+最便宜的H桥驱动IC,也就几块钱的事情。淘宝上刚找到,SX1301:0.55,便宜吧。用直流电机驱动IC:L9110,1.5元。这就够了,成本比你分离的还便宜,扎扎实实可靠。

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10
一周一天班| | 2017-6-10 13:59 | 只看该作者
我个人认为,用分离元件设计DCDC一般都是找死的前奏,这样做的工程师即使再号称牛B,也都只能说牛A,B/2。

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11
suxilong|  楼主 | 2017-6-10 16:38 | 只看该作者
一周一天班 发表于 2017-6-10 13:25
知道你最大问题出在哪了,就是升压电路问题。图上8050的B波形有问题,这个波形说明8050在高频率下驱动能力 ...

谢谢!

电磁阀就是这样的要求, 正向一个脉冲,打开, 反向一个脉冲 关闭!

那版主 是认为反向电动势将 Pmos 损坏???

而不是VCC_HB  大于 Vgs ,开关H桥 时, 损坏了Pmos??

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12
suxilong|  楼主 | 2017-6-10 16:48 | 只看该作者
一周一天班 发表于 2017-6-10 13:59
我个人认为,用分离元件设计DCDC一般都是找死的前奏,这样做的工程师即使再号称牛B,也都只能说牛A,B/2。 ...

谢谢 你的回复:

4楼,5楼:
知道你最大问题出在哪了,就是升压电路问题。图上8050的B波形有问题,这个波形说明8050在高频率下驱动能力严重不足。
而且你这个升压电路必须在电磁阀打开时,同时关闭8050的升压PWM,否则负载电流的增加,会加大8050的负载电流,8050烧就很正常。
所以在升压完成,打开H驱动时,必须先关闭8050。

====》 在打开H桥驱动是, 都是有关闭8050的.  不过你说有负载的情况去操作8050 会烧毁。。这倒提醒我,也行上两次烧毁的时候,是因为H桥的这边已经损坏了~~~~,这一点我倒没留意

6楼:
建议8050换成高频小功率管,比如2N3904,同时PWM波形应该高电平脉冲窄,频率需要和电感匹配,频率越高,电感越小。500K建议用47uH左右。如果电感时220uH,频率不超过200K。

====》 我也打算换其他NPN 试一下!!!但你清楚 为什么NPN B 极串联的电阻小的时候波形就正常了吗?
这个就说明8050在高频率下驱动能力严重不足~~~嗯 NPN 确实不是很懂!!!

7楼:
存储电容也太小了,至少几百uF
====》 我存储 电容 是2200uF/25V...

8楼:
总之电路是一团糟糕,会选择合适的便宜的集成IC实现电路,比自己用分离的电路设计,水平高好多倍。尽量选择集成的IC,即使最便宜的也比分离的可靠。最大的成本不是设计时的器件成本,是生产不可靠产生的浪费成本。产品返工一次,至少是你这硬件成本的好多倍。
学会从整体考虑设计。

====》 是,我也打算用集成 的IC  试试看, 不过之前看过一篇说 L9110这种驱动IC  没有H桥的驱动效率高,目前都要升压到15,16V 才能开电磁阀, L9110 都支持不了这么大的电压



谢谢!!!谢谢!!!

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13
suxilong|  楼主 | 2017-6-10 16:48 | 只看该作者
一周一天班 发表于 2017-6-10 13:59
我个人认为,用分离元件设计DCDC一般都是找死的前奏,这样做的工程师即使再号称牛B,也都只能说牛A,B/2。 ...

谢谢 你的回复:

4楼,5楼:
知道你最大问题出在哪了,就是升压电路问题。图上8050的B波形有问题,这个波形说明8050在高频率下驱动能力严重不足。
而且你这个升压电路必须在电磁阀打开时,同时关闭8050的升压PWM,否则负载电流的增加,会加大8050的负载电流,8050烧就很正常。
所以在升压完成,打开H驱动时,必须先关闭8050。

====》 在打开H桥驱动是, 都是有关闭8050的.  不过你说有负载的情况去操作8050 会烧毁。。这倒提醒我,也行上两次烧毁的时候,是因为H桥的这边已经损坏了~~~~,这一点我倒没留意

6楼:
建议8050换成高频小功率管,比如2N3904,同时PWM波形应该高电平脉冲窄,频率需要和电感匹配,频率越高,电感越小。500K建议用47uH左右。如果电感时220uH,频率不超过200K。

====》 我也打算换其他NPN 试一下!!!但你清楚 为什么NPN B 极串联的电阻小的时候波形就正常了吗?
这个就说明8050在高频率下驱动能力严重不足~~~嗯 NPN 确实不是很懂!!!

7楼:
存储电容也太小了,至少几百uF
====》 我存储 电容 是2200uF/25V...

8楼:
总之电路是一团糟糕,会选择合适的便宜的集成IC实现电路,比自己用分离的电路设计,水平高好多倍。尽量选择集成的IC,即使最便宜的也比分离的可靠。最大的成本不是设计时的器件成本,是生产不可靠产生的浪费成本。产品返工一次,至少是你这硬件成本的好多倍。
学会从整体考虑设计。

====》 是,我也打算用集成 的IC  试试看, 不过之前看过一篇说 L9110这种驱动IC  没有H桥的驱动效率高,目前都要升压到15,16V 才能开电磁阀, L9110 都支持不了这么大的电压



谢谢!!!谢谢!!!

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14
一周一天班| | 2017-6-10 17:21 | 只看该作者
at9110a是18伏。只100ms开关时间,不考虑效率和发热。你那个升压电路最多提供50ma电流。

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15
whtwhtw| | 2017-6-10 17:22 | 只看该作者
三极管是电流驱动型,要达到你需要的功率,Q10基级就必须是小电阻才行,建议不要用单片机直接驱动,加个光耦隔离+达林顿三极管,或者用低压型MOS管

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16
whtwhtw| | 2017-6-10 17:24 | 只看该作者
数字电路容易,设计这种模拟电路,没点基础还真不行

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17
suxilong|  楼主 | 2017-6-10 17:51 | 只看该作者
whtwhtw 发表于 2017-6-10 17:22
三极管是电流驱动型,要达到你需要的功率,Q10基级就必须是小电阻才行,建议不要用单片机直接驱动,加个光 ...

你的意思是 ,单片机烧毁的原因可能是  这个控制 Q10 的IO 引发的!!!!~~~~~
但之前烧毁的时候,我都是用1K 的电阻 。。。

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18
chunyang| | 2017-6-10 21:56 | 只看该作者
楼主应该先明确应用需求,电路设计要适宜应用需求,而楼主的电路并非如此。如果只是以两节电池供电的电磁阀控制器,那么低功耗是第一要考虑的,升压电源的效率不可不查,而楼主的电源不知何故设计的如此奇怪,但是一个可靠性就大成问题,而且参数取值、采样反馈回路等都设计不当,暂态问题你更没考虑。这里应该用带使能端的DCDC芯片,功率必须满足电磁阀动作的峰值,不是说工作时间短就可以胡来。另外,电源只是两节5号电池的话,什么类型的电池?电池容量不足时会导致什么你考虑了么?

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suxilong|  楼主 | 2017-6-11 09:31 | 只看该作者
chunyang 发表于 2017-6-10 21:56
楼主应该先明确应用需求,电路设计要适宜应用需求,而楼主的电路并非如此。如果只是以两节电池供电的电磁阀 ...

5号电池。。。电池容量不足时 ,你是说 电池电池电量低吗?

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20
coderdd| | 2017-6-11 13:55 | 只看该作者
一周一天班 发表于 2017-6-10 13:36
总之电路是一团糟糕,会选择合适的便宜的集成IC实现电路,比自己用分离的电路设计,水平高好多倍。尽量选择 ...

很赞同

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