48V轉(zhuǎn)5V電源電容發(fā)熱嚴(yán)重、爆漿原因解析

ID:104059 · 發(fā)表于 2016-1-22 04:17

入手的48V轉(zhuǎn)5V的電源模塊，圖中紅色標(biāo)記1000uf的電容為原板子上的，
有幾個(gè)板A電容爆漿，有1個(gè)板子沒(méi)有爆漿，
將這個(gè)沒(méi)有爆漿的電源帶2A負(fù)載，A電容相對(duì)B電容溫度高，10min到燙手的感覺(jué)；
將爆漿的電源的A、B電容都更換為470uf的（手頭沒(méi)有1000uf的），同樣帶2A負(fù)載，A電容發(fā)熱嚴(yán)重，沒(méi)法摸；B電容相對(duì)好一點(diǎn)；

由此可見(jiàn)，A電容爆漿的原因是過(guò)熱引起的，
那么，發(fā)熱原因是電容的容量低導(dǎo)致的嗎？還是這個(gè)地方電源設(shè)計(jì)存在缺陷呢？
還請(qǐng)高人指點(diǎn)一二，謝謝！

右下腳簡(jiǎn)單畫(huà)了兩個(gè)電容及電感的示意圖，其它沒(méi)畫(huà)出來(lái)，這個(gè)應(yīng)該是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)吧

freesl的求關(guān)于48V轉(zhuǎn)5V電源電容發(fā)熱嚴(yán)重、爆漿原因文中提到2a負(fù)載時(shí)兩個(gè)輸出電容嚴(yán)重發(fā)熱，一個(gè)燙手，一個(gè)溫度高。
兩個(gè)電容隔著一個(gè)輸出電抗，溫度不同說(shuō)明輸出電抗有效。
電抗前電容高溫可能跟輸出波紋有關(guān)，因?yàn)榉醇ぷ儞Q器輸出波紋本身就大。
而輸出電抗后電容高溫就跟波紋沒(méi)有關(guān)系了，懷疑輸出電壓不穩(wěn)，有震蕩。

初看起來(lái)這個(gè)電源板做工一般，而且是通用設(shè)計(jì)。
上面有直流供電不需要的emi電感和電容。
這個(gè)板子應(yīng)該是換個(gè)變壓器和幾個(gè)電阻就可以適應(yīng)各種輸入輸出。

可見(jiàn)freesl也是下了不少功夫的，用記號(hào)筆仔細(xì)的標(biāo)注了輸入輸出電源的正負(fù)極。

因?yàn)殡娫粗皇菐лd下電容發(fā)熱，沒(méi)有別的問(wèn)題，所以直接加電。

輸入加壓到23.3v開(kāi)始有輸出，此電壓即使這個(gè)電源設(shè)計(jì)的最低啟動(dòng)電壓。

輸出電壓還算準(zhǔn)，在誤差范圍內(nèi)。

測(cè)量3842震蕩腳波形。

黃色通道懸空，震蕩整齊，頻率87.85khz。
三角波上的尖峰是mos關(guān)斷引起的，正常干擾。

增加mos驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量。

沒(méi)有問(wèn)題，輸出很穩(wěn)定。

增加輸出負(fù)載 5r1 9s

輸出電壓沒(méi)有變化

輸出脈沖寬度略有增加，幅值也有所增加。

增大負(fù)載 5r1 2s

電壓略有下降

脈寬明顯增加，幅值基本沒(méi)再變化。感覺(jué)脈寬有點(diǎn)抖動(dòng)。

放大可以看到兩個(gè)連續(xù)的脈沖寬度不一致。

開(kāi)啟余暉顯示，可以看到輸出脈沖有兩個(gè)寬度。
符合我之前的推斷，此電源在輸出電壓穩(wěn)定性方面有問(wèn)題。

繼續(xù)增大負(fù)載 5r1 1s

輸出電壓進(jìn)一步下降

波形更加混亂，甚至震蕩頻率都改變了。

暫停下可以看到，連續(xù)脈沖寬度差異極大，而且震蕩周期也有所改變。

一個(gè)通道測(cè)輸出脈沖，一個(gè)通道測(cè)電源輸出波形

先看看輕載狀態(tài)，負(fù)載 5r1 9s

輸出電壓4.98

輸出良好，沒(méi)有明顯波紋

增大負(fù)載 5r1 2s

輸出脈寬開(kāi)始有震蕩，但輸出電壓沒(méi)有明顯惡化

5r1 1s負(fù)載，輸出電壓仍然沒(méi)有明顯波紋，看來(lái)輸出電抗濾波效果確實(shí)不錯(cuò)。

那就看看輸出電抗濾波前波形如何

輕載不看了，直接看 5r1 2s

看到波紋了，在mos關(guān)斷后，電壓迅速上升，確實(shí)是lsr過(guò)大導(dǎo)致的。
從圖上看峰值大概有0.5v。

返回頭看一下空載狀態(tài)

也有明顯波紋，只是幅值較小

加大負(fù)載 5r1 1s

開(kāi)著余暉有點(diǎn)混亂

關(guān)上余暉，清楚地看到波紋尖峰，負(fù)載加倍尖峰增加不多

宏觀一點(diǎn)看看。
這里可以看到，波紋不小，但卻沒(méi)有多少電壓降，也就是說(shuō)電容容量是足夠的。
只是交流內(nèi)阻大，交流攻好高，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。

測(cè)量一下反饋輸出部分，看看輸出環(huán)路不穩(wěn)是反饋的問(wèn)題還是控制的問(wèn)題。

負(fù)載 5r1 2s

反饋環(huán)路穩(wěn)定，沒(méi)有大起伏

增大負(fù)載 5r1 1s

反饋略有起伏，但應(yīng)該不至導(dǎo)致這么大的占空比變化。

測(cè)量光耦供電端

負(fù)載 5r1 1s

供電取的濾波電抗前，所以有波紋，不過(guò)對(duì)比431輸出端波紋。
發(fā)現(xiàn)光耦波紋應(yīng)當(dāng)是互相抵消了，也就是說(shuō)實(shí)際光耦驅(qū)動(dòng)電流基本沒(méi)波紋。

偶然發(fā)現(xiàn)變壓器磁環(huán)有裂紋，電感量減小應(yīng)當(dāng)也是波紋大的原因之一。
不過(guò)freesl有測(cè)試過(guò)沒(méi)有損壞磁環(huán)的電源，也是一樣發(fā)熱，所以暫且忽略這個(gè)問(wèn)題。

如果反饋環(huán)路穩(wěn)定，而占空比不穩(wěn)定。
這是如果想要占空比穩(wěn)定，就要通過(guò)斜率補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br /> 電源原設(shè)計(jì)有斜率補(bǔ)償，看來(lái)工作不正常或是補(bǔ)償不足。
拆下，原值是201

換上個(gè)相近的330p試試

負(fù)載 5r1 1s

沒(méi)有太大的變化，還是占空比還是不穩(wěn)定

在一個(gè)相當(dāng)別扭的地方找到了一次電流采樣點(diǎn)

負(fù)載 5r1 2s

一次電流正常，電流不連續(xù)，磁芯沒(méi)有飽和跡象，占空比還算穩(wěn)定。

增大負(fù)載，5r1 1s

可以看到一次電流在一個(gè)周期內(nèi)無(wú)法上升到需要的設(shè)定值。
而二次電流在大半個(gè)周期內(nèi)就下降到零，如此反復(fù)導(dǎo)致一次電流二次電流都較高。
由此產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗，整流損耗，電容損耗都高。
不知道這個(gè)電源設(shè)計(jì)輸出能力是多少，目前來(lái)看這個(gè)電源設(shè)計(jì)工作在非電流連續(xù)模式與電流連續(xù)模式之間。
當(dāng)前電源正處在兩模式轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，工作不穩(wěn)定，需要增加斜率補(bǔ)償以使工作狀態(tài)穩(wěn)定。

增大斜率補(bǔ)償電容

測(cè)量一次電流與輸出脈寬

還是沒(méi)有變化

發(fā)現(xiàn)一個(gè)反饋上拉電阻，在一般的電源里沒(méi)有這個(gè)上拉，一般都是一個(gè)下拉，去掉試試

還是沒(méi)有一絲變化

增大一次電流反饋電阻，原值是1k，增大一倍看看

還是 5r1 1s 負(fù)載

略有小成，可以看到每三個(gè)脈沖一個(gè)周期，其中有一個(gè)周期成功工作在電流連續(xù)模式

不敢再加大斜率補(bǔ)償電容了，因?yàn)闆](méi)有緩沖，補(bǔ)償電容太大會(huì)過(guò)多分流震蕩電容的充電電流，影響震蕩頻率。
所以減小采樣吸收電容試試，一樣可以增大斜率補(bǔ)償比例，原值是103，減小到跟補(bǔ)償電容一樣。

負(fù)載不變 5r1 1s

有效果了，穩(wěn)定工作在電流連續(xù)模式

放大一次電流通道，可以看到一次電流不是從零開(kāi)始的。

對(duì)比看一下電流反饋補(bǔ)償后信號(hào)

可以看到斜坡補(bǔ)償量大約是電流反饋值的一半

提高供電電壓到最大輸出。31.2*0.29=9.048，此時(shí)輸出大約4.93*（4.93/5.1）=4.77
效率大約4.77/9.048=52.67%，還算可以，一般反激電源效率都在60%上下，很難做得很高。

因?yàn)殡妷荷撸淮坞娏餍甭试黾?br />

增大負(fù)載 5r1 2p ，看看輸出2a的情況

一次電流增長(zhǎng)，輸入功率約31.2*.46=14.352，輸出功率約4.93*（4.93/5.1/2）=9.53
效率9.53/14.352=66.41%，效率有所上升

一次電流增大，尤其是基值明顯增大。
占空比穩(wěn)定，沒(méi)有忽大忽小的問(wèn)題此時(shí)工作五分鐘，濾波電抗后的電容沒(méi)有溫度，但濾波前電容依然燙手
看來(lái)濾波前電容發(fā)熱確實(shí)跟lsr有關(guān)，跟占空比震蕩也有一部分關(guān)聯(lián)。
因?yàn)榇藭r(shí)的溫度跟原始1a輸出時(shí)溫度相當(dāng)。

所以再看一下次級(jí)整流前后波形

負(fù)載 5r1 1s，以控制電容溫度

一次電流有所變化，不知為何，也許跟磁環(huán)破碎有關(guān)

可以看到在反激輸出時(shí)，電容電壓突然上升，然后隨二次電流一起緩慢下降
當(dāng)一次mos開(kāi)通時(shí)，電容電壓恢復(fù)，開(kāi)通期間沒(méi)有明顯的電壓降，說(shuō)明容量是夠的

再看一下重載情況，負(fù)載5r1 2p

一次電流較之前反而有所減少

可以看到上升過(guò)沖較為明顯，但幅值并沒(méi)有成倍增加，而且因?yàn)殡娏鬟B續(xù)，關(guān)斷時(shí)有震蕩

再看一下空載狀態(tài)

空載電流不小，還可接受

空載小電流時(shí)也可看到電壓上升

因?yàn)閼岩蒮reesl備件的品質(zhì)（freesl見(jiàn)諒，因?yàn)槟闵洗蔚膍os是拆機(jī)件），所以更換同容量的國(guó)產(chǎn)新品

依然測(cè)量次級(jí)整流前后波形

空載狀態(tài)

輸出電壓一致

波形也差不多，反而我這個(gè)上升過(guò)沖更加明顯

再看下2a輸出，負(fù)載 5r1 2s

輸出電壓接近4.92

果然過(guò)沖震蕩更加明顯，看來(lái)我的備件品質(zhì)更差一些
發(fā)熱情況差不多，依然是只有濾波前電容燙手，濾波后電容沒(méi)有溫度

試一下小容量的，理論上lsr會(huì)小一些

焊在背面方便些

還是2a輸出，可以看到尖峰略有下降，幅值也有所降低，但發(fā)熱卻更加快速
看來(lái)lsr確實(shí)是小，但好像熱容量小的更多，也就是功率容量小

既然原設(shè)計(jì)是1000uf，那必然有它的道理，手上只有35v的，換上試試

可以看到，尖峰幅值跟470uf差不多，但幅值明顯下降更加平坦
此時(shí)再摸電容，基本感覺(jué)不到溫升

在并一個(gè)cbb看看能不能把尖峰吸收掉

尖峰幅值沒(méi)有變化，但震蕩頻率明顯下降，應(yīng)該是對(duì)吸收有作用

那既然是lsr的問(wèn)題多個(gè)電容并聯(lián)是不是會(huì)有效呢
試一下剛剛發(fā)熱迅速的220uf

一次電流沒(méi)有變化

尖峰進(jìn)一步下降，但幅值基本沒(méi)變化，而且發(fā)熱情況并沒(méi)有改善
看來(lái)小容量并聯(lián)還是有一定局限的。

看到整流后電壓沒(méi)有太大跌落，心想濾波電容容量應(yīng)該是足夠的，那如果單個(gè)電容容量再小一點(diǎn)呢

看到一次電流上升，看來(lái)?yè)p耗更大了

果然幅值明顯增大，甚至大過(guò)了單個(gè)220uf，但尖峰小了不少，比兩個(gè)220uf都要低
看來(lái)常說(shuō)的大電容要并小電容是有道理的

那么理論上cbb電容高頻更好，如果用cbb會(huì)是什么效果呢

因?yàn)槿萘坎罹嗵螅瓤匆幌驴蛰d情況

果然，容量嚴(yán)重不足，輸出電壓波動(dòng)明顯，但仔細(xì)看波形順滑沒(méi)有電解的毛刺和跳變

看一下濾波電抗后的效果

輸出電壓波動(dòng)，看來(lái)單獨(dú)濾波電抗后470uf電容作用還是有限

試試稍微輕載的狀態(tài)， 5r1 9s

輸出電壓波動(dòng)增加，振幅達(dá)到0.6v左右，這種輸出是不達(dá)標(biāo)的

再看看整流輸出波形，振幅都達(dá)到4v了，此時(shí)輸出電抗后電容以有一點(diǎn)溫度了
但cbb還是冰涼的，可見(jiàn)cbb的高頻性能確實(shí)比電解強(qiáng)多了

那既然容量小，在并聯(lián)一個(gè)怎么樣

震蕩幅值瞬間減半，這并聯(lián)的效果比電解好多了，看來(lái)cbb可以通過(guò)并聯(lián)的方式提高效果
而電解更適合多等級(jí)電容并聯(lián)

再看一下此時(shí)輸出波形什么變化

因?yàn)榍凹?jí)振幅減半，所以濾波后平坦很多
至此這個(gè)電源已基本可以治愈出院了，但總想壓榨點(diǎn)東西出來(lái)。

于是有了這么無(wú)聊的杰作，具體幾個(gè)自己數(shù)吧

先看一下輸出波紋

大有改觀很平坦，就是不知這些噪聲是哪里來(lái)的，大約是別處傳進(jìn)來(lái)的干擾吧，明顯跟這個(gè)電源不是一個(gè)頻率

這是整流后波形，很順滑，但有明顯起伏，看來(lái)容量還是不足

試試1a輸出怎么樣，負(fù)載5r1 1s

整流后振幅1v左右，開(kāi)通瞬間有明顯震蕩，甚至不如兩個(gè)220uf吸收的好，看來(lái)并聯(lián)效果也是有限的

再看一下輸出波形

輸出有所上升，大約0.03v

是幻覺(jué)嗎？輸出電壓上升，輸入電流下降，效率提升了嗎？

輸出波紋還可接受

看看2a是什么狀態(tài)

搞怪吧，很滑稽的曲線，這應(yīng)當(dāng)是反饋環(huán)路低頻震蕩導(dǎo)致的

一次電流依然是小于之前值，不過(guò)輸出不穩(wěn)定沒(méi)有可比性

看一下整流前后的波形

更加滑稽的曲線，看來(lái)如果要用cbb的話是需要調(diào)節(jié)一下反饋環(huán)路了
此時(shí)因?yàn)檩敵鲭妷旱皖l震蕩，所以電抗后電解有一點(diǎn)溫

至此次電源維修告以結(jié)束，不知freesl還算滿意否，有什么不清楚的地方還請(qǐng)明示
這里總結(jié)一下，此電源電容發(fā)熱主要有兩部分原因。
一是一次控制環(huán)路不穩(wěn)定，變壓器電感量不理想，導(dǎo)致系統(tǒng)工作在連續(xù)電流與非連續(xù)電流兩種模式之間。
同時(shí)斜坡補(bǔ)償不足，導(dǎo)致一次環(huán)路震蕩，使輸出不穩(wěn)定，導(dǎo)致電容頻繁充放電，發(fā)熱。
解決方法：1.重繞變壓器，使工作模式穩(wěn)定。2.增加斜坡補(bǔ)償比例，增大系統(tǒng)穩(wěn)定性
二是電容選擇不合理，原電容在這里應(yīng)該是可以長(zhǎng)期工作的，但推薦再并聯(lián)一個(gè)大容量cbb吸收一下

由這個(gè)電源學(xué)習(xí)到
小電解雖然lsr相對(duì)較低，但功率容量也低，有時(shí)并不一定能獲得更好的濾波效果
如果想要更好的濾波效果，就需要各種容量各種類型的電容合理搭配

ID:249545 · 發(fā)表于 2017-11-23 22:35

降壓幅度太大,變成PWM脈寬很窄,很窄的話就使電容充放電的V P-P值很高,在ESR作用下,電容發(fā)熱--->爆--->漿!

ID:73762 · 發(fā)表于 2017-11-26 23:09

學(xué)習(xí)了，圖文并茂

ID:255070 · 發(fā)表于 2017-11-29 10:47

有可能是紋波較大，加大電容有點(diǎn)效果，最好還是調(diào)好參數(shù)

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