Boost SMPS wird sehr heiß. Warum?

Ich habe versucht, mit Boost SMPS mit mehreren Versorgungsschienen zu experimentieren, und ich habe mich beim Berühren von Teilen beim Laufen fast verbrannt.

Hier wird die Schaltung und der Teil heiß:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ich versuche, die 8,8 V von meinem Regler auf 15 V zu bringen. Die PWM stammt von Arduino und geht von einer nahezu perfekten Regelung durch den Regler aus, der dieses Experiment antreibt.

In meinem ersten Experiment mit 600 Hz PWM und 10 mH ist der Induktor sehr laut und wird heiß. Ich bekomme 10V über R1.

Bei meinem zweiten Versuch mit 31,5 kHz PWM und 100 uH Induktivität bei L1 wird der MOSFET extrem heiß. Ich bekomme auch 53V (!!!) über R1. Ich habe wahrscheinlich die Diode beschädigt.

Kann mir jemand sagen, was ich falsch gemacht habe?

Ihre Schaltungstopologie sieht grundsätzlich richtig aus.

Meine erste Vermutung ist jedoch, dass L1 nicht wirklich ein 10-mH-Induktor ist. Wenn es 10 µH wäre, könnte das die Dinge erklären. Sie schalten bei 31,5 kHz, was einer Periode von 31,8 µs entspricht. Sie zeigen eine Rechteckwelle, sodass die Ein- und Ausschaltzeiten halb so hoch sind oder 16 µs. Selbst wenn der Induktivitätsstrom bei 0 beginnt, erhalten Sie am Ende eines Impulses (8,8 V) (16 µs) / (10 µH) = 14 A. Sie haben keine Datenblätter bereitgestellt, aber das ist wahrscheinlich längst vorbei die Sättigung von L1 und möglicherweise die Stromfähigkeit von M1 und die Versorgung.

Eine andere Möglichkeit ist, dass M1 nicht vollständig eingeschaltet ist. Da Sie kein Datenblatt angegeben haben, kann ich keine weiteren Kommentare abgeben. Überprüfen Sie, für welche Gate-Spannung M1 spezifiziert ist, und vergleichen Sie diese mit der Spannung, mit der Sie sie betreiben. Wenn die PWM nur ein digitales 5-V- oder 3,3-V-Signal ist, wird M1 wahrscheinlich nicht vollständig eingeschaltet, wenn das Signal hoch ist.

Die nächste Möglichkeit besteht darin, dass das Gate beim Schalten nicht mit genügend Strom betrieben wird. Dies lässt sich leicht anhand des Gate-Signals feststellen. Ist es eine schöne und scharfe Rechteckwelle oder braucht es Zeit, um von einem Zustand in den anderen zu gelangen? Wenn letzteres der Fall ist, verbringt der FET zu viel Zeit zwischen Voll-Ein und Voll-Aus. Eine mögliche Lösung ist die Verwendung eines FET-Treiberchips.

Hinzugefügt:

Nachdem das Datenblatt für den FET bereitgestellt wurde (obwohl nur in Kommentaren), können wir sehen, dass dieser FET für diesen Gate-Antrieb eindeutig ungeeignet ist. Der niedrige Rdson gilt bei 10-V-Gate-Ansteuerung. Die Gate-Schwellenspannung kann bis zu 4 V betragen, und es gibt keine Garantie dafür, was sie mit nur 5 V am Gate macht.

Da Sie nur einen 15-V-Ausgang wünschen, ist ein Niederspannungs-FET, der tatsächlich für eine 5-V-Gate-Ansteuerung spezifiziert ist, eine gute Wahl. Überprüfen Sie beispielsweise das IRFML8244. In vielen Fällen kann es direkt von einem digitalen Logikausgang angesteuert werden.

Das Ersetzen des FET behebt jedoch nur eines der möglichen Probleme. Bei einer so langsamen Schaltfrequenz müssen Sie auf die Induktorsättigung achten. Sie müssen auch etwas tun, um zu verhindern, dass die Ausgabe zu hoch wird. Dies könnte so einfach sein wie ein Spannungsteiler vom Ausgang, der einen Komparatoreingang des Mikros speist, der so eingestellt ist, dass er den PWM-Ausgang ab einem bestimmten Schwellenwert abschaltet.