私のDC / DCコンバーターのコンデンサーを爆破させるものは何ですか？

一部のコンデンサが溶断しているのですが、何が原因なのかわかりません。それは間違いなく過電圧ではなく、誤った偏光ではありません。シナリオを紹介しましょう：

このスキームを使用して、二重カスケードブーストコンバーターを設計しました。

Voutは、から取得できます。ここで、D_ \ maxは最大デューティサイクルです。D $\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$$D_ \max$

私はステップアップの入力電圧にしたい 12Vに100Vの出力電圧。私の負荷は100Ωなので、100Wを消費します。損失を考慮しない場合（私は理想主義者であり、落ち着いていることを知っています）、入力電圧源は8.33Aを供給します

回路を2つのステージに分割できます。最初のステージの出力は2番目のステージの入力です。これが私の問題です：

C1の両端の電圧が約30Vに達すると、C1が爆発します。C1の定格は350Vで、22uFの電解コンデンサ（ラジアル）1​​0x12.5mmです。二極化が正しいと確信しています。

2番目のステージの入力電流は（理想的には）約3.33Aでなければなりません（このステージで30Vで100Wを維持するため）。私は電流がより高いかもしれないことを知っていますが、それはこの目的のための良い近似です。スイッチング周波数は100Khzです。

どういうわけか、キャップが爆発し、私は本当に理由がわかりません。もちろん、これが発生すると、キャップ（デッド）は高温になります。

ESRの影響でしょうか？このキャップは、1kHzで0.15の損失係数を持っています。 したがって、C1の（より高い周波数ではDFも増加します）。$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

L2はかなり大きいので、C1が2番目のスタンジの入力電流（3.33A）に等しいかなり一定の電流を供給することを期待するので、ESRで消費される電力はおよそ$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

これは熱くなりすぎて爆発する可能性がありますか？疑わしい....

追加情報：

• L1は約1mHy
• L2は約2mHy
• D1はショットキー45Vダイオードです
• 2つの異なるコンデンサを試してみました。溶断した160V 22uFと、溶断した350V 22uFです。
• PCBレイアウトのため、キャップ内の電流の測定は困難です
• 1番目と2番目のMOSFETの両方に小さなスナバRCネットワークがあります。C1で問題が発生することはないと思います。

あなたのアイデアを待っています！

EDIT n°1 = L1はかなり大きく、リップルは定格入力電流の1％にすぎない（たとえば、100W / 12V = 8.33A）ので、queは、ステージ1の入力での定電流のようなものであると想定できます。インダクタ電流リップルは5％未満であり、定電流であると考えることもできます）。MOSFET 1がオンになると、約8.33Aが流れますが、オフになると、その電流（「実質的に一定」と言いました）はD1を流れます。コンデンサの電流はと言えます。次に、C1のピーク電流はオーダーでなければならないことが最終的にわかります。かなり現在！そして、それは散逸させるでしょう ...しかし、ルックス ESRで放散いないので、多くの電力を。$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

誰かが言ったように、私はキャップの内部インダクタンスも検討するかもしれませんが、これは電力損失の原因ではないと思います（インダクタはエネルギーを蓄えますが熱にはなりません）とにかく、上記の計算にもかかわらず非常に単純化されており、電力消費が少し高いかもしれませんが、それでもそれを沸騰させて爆発させるのに十分かどうか疑問に思います！

C1のピークリップル電流は、約I（out）/ Dで、D =デューティサイクルです。30 V出力でデューティサイクルが50％である場合、C1のリップルは3.3 / 0.5 = 6.6 Aです。デューティサイクルが減少すると、これはさらに悪化します。デューティサイクルが10％= 0.1の場合、電流ピークは33 Aです。

その後、ESR値を使用すると、消費電力は約0.4 Wで、以前に計算した値よりもはるかに高くなります。

マウサーの 160 Vコンデンサー（Al Electrolyticsを使用していると想定しています）を見ると、必要なピーク電流を維持できる一般的に利用可能なものは何もありません。

TIのWebenchを使用して設計を進め、選択したコンポーネントを確認することをお勧めします。多くの設計では、ESRコンデンサが非常に低く、多くの場合2つまたは3つでも並列になっています。たとえば、設計でパナソニックポリマーキャップを頻繁に使用しており、非常に高い周波数で非常に高いリップル電流定格を持っています。

コンデンサの内部インダクタンスが非常に大きい可能性があります-100 kHzパルスには大きすぎます。オシロスコープが電圧制限を超えていないことを示すまで、いくつかの小さな非電解コンデンサを並列に接続する必要があります。

ところで。FETがオフになるとすぐに、インダクタからのパルスとして電流が流れます。現在のパルスの開始は非常に鋭く、fetをオフにできる速度と同じくらい鋭いです。スイッチング周波数が100 kHzの場合、コンデンサは実際には数MHzを適切に処理する必要があります。注：SMPSアプリケーション用の低インダクタンス電解質が開発されていますが、通常のモデルのように数ドルではなく、実際の費用がかかります。

後期追加：すべての出力電力は、最初はコンデンサに保存されます-入力から出力への直接的な方法はありません。いくつかの他のコメントで示唆されているように-コンデンサの純粋な損失により、沸騰が発生する可能性があります。インダクタンスにより、内側のプレートロールの近端にさらに局在化します。

私はリップル電流によって生成される電力に賭けます。お使いのコンデンサにはESRがあります。あなたのマグニチュードのパルス電流は、10-20ワットのように非常に簡単に離れる可能性があります。それで... ESR / ESLをできるだけ低くして、いくつかを並列に配置します

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 * 11.3Ω= 250us、f（bw）= 0.35 / Ts = 5.6kHzは、フル充電電圧を処理して到達できる最速の充電レートです。

fスイッチ= 100kHzのPWM変数Dしたがって、100kHzの場合、損失は11.3 atでのみ損失性抵抗として現れ、損失はあり、定格リップル電流は92mAです。デバイスは、最高温度105Cまたは1.0Aでのみ1.03Wを処理できます。室温20Cを超える85Cの上昇。$Pc=I^2ESR$

22uFのキャップを選択するには、アプリケーションノートの推奨に従い、汎用の電解（GP e-cap）ではなく、低ESRのキャップを選択する必要があります。

彼らが学校であなたに言わないこと（そして私はこのサイトで何度もコメントしました）は、GP e-capがESR * C> = 100 usであるのに対し、低ESRキャップ<10usで最良のケース<1usであるということです。これは、10us未満の切り替え周期を選択するときに必要なものです。

ESRでDigikeyまたはMouserデータベースを並べ替えたり、他の方法で超低ESRを検索することは難しくありません。また、e-capのMSDSデータシートを読んで、それらが爆発したときに有毒物質にさらされないようにすることもできます。

アプリケーションノートでは、インダクタの選択の下で

インダクタリップル電流の適切な見積もりは、出力電流の20％〜40％です。

E-Capsはいくつかの方法で評価されます。DF @ 120Hz（小さいラインブリッジ整流器の使用の場合）最大リップル電流ESR（標準）は10年経過しても劣化しません！

Capsは通常、電流パルスをダンプして充電され、その後パルス間でゆっくりと放電されるため、デューティサイクルによってピーク/平均電流の比率が決まることを覚えておくことが重要です。リップル電圧が10％の場合、pk / avg電流比は10/1です。エネルギー散逸が各パルスの消費電力にパルス繰り返し率を掛けたものである場合。100kHzで100Hzおよび1000x悪化するため問題ありません。

したがって、アプリケーションノートの微妙なアドバイスを理解しなかった結果は、中国の爆竹です。

問題となっているはずのコメントのOPからの参照

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdfキャップの仕様
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Boost Reg Designアプリケーションノート