是什么使我的DC / DC转换器的电容器爆炸？

我有一些电容器烧断了，我不确定是什么原因造成的。绝对不是过电压，也不是错误的极化。让我介绍一下场景：

我使用这种方案设计了一个双级升压转换器：

可以从以下命令获得：其中D_ \ max是最大占空比。$\ Vout=Vin/(1-D_\max)^2$$D_ \max$

我想升压的输入电压 12V到100V的输出电压。我的负载为100Ω，因此会消耗100W的功率。如果我不考虑任何损耗（我知道我正在成为理想主义者，请冷静下来），则输入电压源将提供8.33A的电流

我们可以将电路分为两个阶段，第一阶段的输出是第二阶段的输入。这是我的问题：

当C1两端的电压达到大约30V时，它会烧断。C1的额定电压为350V，它是一个22uF的电解电容器（径向）10x12.5mm。我完全确定两极分化是正确的。

第二阶段的输入电流（理想情况下）应在3.33A左右（以使该阶段的100W保持30V）。我知道电流可能更高，但这是一个很好的替代方法。开关频率为100Khz。

由于某种原因，瓶盖炸毁了，我真的不知道为什么。当然，发生这种情况时，盖子（死角）很热。

这可能是ESR的影响吗？该电容在1kHz处的耗散系数为0.15。 因此，C1的（DF也会增加以产生更高的频率）。$|X_c|= 1/(2*pi*100Khz*22uF) =0.07234Ω$
$ESR=0.15*0.07234= 0.01Ω$

由于L2很大，我希望C1会提供一个相当恒定的电流，该电流等于第二个点的输入电流（3.33A），所以ESR的功耗应该约为：$3.33A^2 * 0.01Ω = 0.11W$

这会使其变得过热并爆炸吗？我对此表示怀疑....

附加信息：

• L1约为1mHy
• L2约为2mHy
• D1是一个肖特基45V二极管
• 我尝试了两个不同的电容器：炸毁的160V 22uF，然后尝试了也炸毁的350V 22uF。
• 由于PCB布局的原因，很难测量盖中的电流
• 第一和第二MOSFET都有一个小的缓冲RC网络。我认为这不会在C1中引起任何问题。

我在等你的想法！

编辑n°1 = L1很大，纹波仅为额定输入电流的1％（假设100W / 12V = 8.33A），因此que可以假定它几乎像是阶段1输入处的恒定电流。对于阶段2电感电流纹波小于5％，我们也可以认为它是恒定电流）。当MOSFET 1导通时，大约有8.33A电流通过，但是当它截止时，该电流（我们说“实际上是恒定的”）将流经D1。可以说电容器中的电流为。然后我们最终发现C1中的峰值电流必须在。电流很大！它将耗散 ...但看起来在ESR中没有耗散太多功率。$I_{D1} - I_{L2}$$8.33A - 3.33A = 5A$$5A^2 *0.01Ω = 0.25W$

就像有人说的那样，我可能还考虑了电容的内部电感，但是尽管如此，我仍然认为这不会造成功耗（我们知道电感会存储能量，但不会使其发热）。进行了简化，功耗可能会更高，我仍然想知道是否足以使其沸腾并爆炸！

C1的峰值纹波电流约为I（out）/ D，其中D =占空比。如果说在30 V输出上的占空比为50％，那么C1的纹波为3.3 / 0.5 = 6.6A。随着占空比的减小，这种情况会变得更糟。如果占空比为10％= 0.1，则电流峰值为33A。

如果您随后使用ESR值，则耗散功率约为0.4 W，远高于您先前计算的功率。

如果我看在160V的电容Mouser的（我假设你正在使用铝电解），那么我什么也看不到一般可用的环境适合你需要的峰值电流。

我建议您使用TI的Webench进行设计，然后查看选定的组件。您会在许多设计中注意到它们使用非常低的ESR电容器，并且通常并联两个甚至三个。例如，他们在设计中经常使用松下聚合物盖，并且在非常高的频率下具有很高的纹波电流额定值。

您的电容器可能具有很大的内部电感-对于100 kHz脉冲来说太大了。您应该将一些较小的非电解电容器与它们并联，直到示波器显示未超过电压极限。

顺便说一句。脚一旦关闭，电流就会以电感脉冲的形式涌入。电流脉冲的开始非常尖锐-与FET可以关闭的速度一样快。如果开关频率为100 kHz，则电容器确实应正确处理几个MHz。注意：开发了用于SMPS应用的低电感电解质，但它们要花一些钱，而不是普通型号的几分钱。

后期添加：首先，所有输出功率都存储在电容器中-从输入到输出无直接方式。正如其他评论所建议的那样-电容器中的大量损耗可能会引起沸腾。电感导致它更多地定位在内板辊的近端。

我敢打赌由纹波电流产生的功率。您的电容器有一些ESR。如此大小的脉冲电流可能很容易留下20瓦特的电流。所以...并行放置，以最低的ESR / ESL

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，这是它可以处理并达到满充电电压的最快充电速率。

f switch = 100kHz PWM变量D，因此100kHz时，它仅在时会显示为有损电阻，损耗为，额定纹波电流为92mA，该器件在最高温度为105C时只能承受1.03W的功率。在室温20°C以上升高85°C。$Pc=I^2ESR$

现在要选择一个22uF电容，您要遵循应用笔记的建议，并选择一个低ESR电容而不是通用电解电容（GP e-cap）

他们在学校没有告诉您的内容（我在这个网站上已经多次评论）是，GP电子电容的ESR * C> = 100 us，而低ESR电容<10us而最佳情况<1us。这是选择小于10us的开关周期时所需的。

现在，不难按ESR对Digikey或Mouser数据库进行排序，或以其他方式搜索超低ESR。您可能还想阅读电子保护帽的MSDS数据表，以免爆炸时有毒物质暴露。

应用笔记建议您在“电感选择”下期望

电感纹波电流的一个很好的估计是输出电流的20％至40％。

电子帽有几种评级方法。DF @ 120Hz（用于小型线路桥式整流器）最大纹波电流ESR（典型值）在10年后未老化！

重要的是要记住，电容通常是通过倾倒电流脉冲来充电的，然后在脉冲之间缓慢放电，因此占空比决定了峰值/平均电流之比。如果纹波电压为10％，则pk / avg电流比为10/1。如果能量耗散是每个脉冲的功率乘以脉冲重复率。没问题，因为100Hz和100kHz时会恶化1000倍。

因此，不理解应用笔记中的细微建议的结果是中国鞭炮。

来自OP的评论中应该有问题的评论

• http://www.mouser.com/ds/2/88/ckh_cke-611140.pdf上限规格
• http://www.ti.com/lit/an/slva372c/slva372c.pdf Boost Reg设计应用笔记