Причина сбоя диода в режиме понижающего переключения питания

8

В базовой коммутации понижающего LM2675 конструкция регулятора напряжения (как показано на рисунке из таблицы ниже), что может быть основной причиной короткого замыкания отказа диода (D1 на рисунке)?

Типичная схема применения из таблицы LM2675

Немного предыстории:

Несколько лет назад компания, в которой я работаю, разработала специальный источник питания как часть более крупного продукта, который принимает 24 В в качестве входа и использует LM2675 для получения 5 В выхода. Тип диода - MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Некоторые устройства (с этими блоками питания) были возвращены заказчиком, и все устройства имеют одинаковую неисправность: все диоды Шоттки закорочены.

В дополнение к схеме на рисунке также имеется предохранитель для ограничения выходного тока до 0,9 А, поэтому вторичное короткое замыкание не должно разрушать диод. Обычно выходная нагрузка составляет менее 100 мА.

Странно то, что остальная цепь (на части 5 В) не повреждена, поэтому она работает после замены неисправных диодов.

Форма волны на рабочих диодах выглядит следующим образом, в то время как входное напряжение составляет 24 В, поэтому необычных скачков высокого напряжения не видно.


Форма волны:

форма волны

Исходный источник изображения


Форма волны увеличена в:

Форма волны увеличена

Исходный источник изображения


Есть ли у вас опыт с такими неисправностями?

Andre
источник
1
Все, что вы показываете, выглядит разумно. Вы действительно уверены, что эти диоды - то, о чем они утверждают? Узнайте у какого поставщика они были куплены. Внимательно осмотрите маркировку. Извлеките один из работающего блока и запустите на нем тестирование обратного напряжения и постоянного тока.
Олин Латроп
Андрэ, ты когда-нибудь находил решение этой проблемы? У меня почти такая же проблема с коммутатором в компании, в которой я работаю ... и это вызвало у нас серьезные проблемы. Мы еще не нашли решение.
1
Причина до сих пор остается загадкой. Мы связались с внешней лабораторией два года назад. Они проанализировали некоторые поврежденные диоды с помощью микроскопа, а также подтвердили, что диоды погибли из-за перенапряжения. В нашем приложении весьма распространено, что выход 5 В (и, следовательно, также диод) и первичный источник питания МОГУТ подвергаться воздействию высоких скачков напряжения, таких как удары молнии или другие индуцированные высокие напряжения. Это то, что мы сказали нашему клиенту, и у нас не было случаев снова за последние два года. Но странно, что во всех случаях умер ТОЛЬКО диод и больше ничего.
Андре

Ответы:

7

После ремонта возвращенного устройства проведите очень тщательную осциллограмму по Шоттки с помощью короткого пробника 10: 1 (подключите наконечник и используйте очень короткий провод заземления) и не ограничивайте полосу пропускания для вашего хорошего качества (100 МГц или лучше, цифровое хранилище). предпочтительный) объем.

Пример короткого исследования, заимствованного из EE.SE из других источников:

введите описание изображения здесь

То, что вы ищете, это высокое напряжение (всплеск или звон) на переднем фронте формы волны напряжения. Каждый раз, когда вы переключаете индуктивную нагрузку, есть потенциал для высокого напряжения - если вы не будете тщательно искать его (например, с коротким датчиком и хорошим прицелом), вы не увидите его. Ваш макет будет иметь большое влияние на то, будут ли неприятности на Шоттки, так что измеряйте, чтобы быть уверенным.

Если вы в конечном итоге видите что-то уродливое, вам, возможно, потребуется установить демпфер RC на шотки, чтобы диод не лавинообразно.

введите описание изображения здесь

Адам Лоуренс
источник
Я измерял, как вы предложили, но на диоде нет скачков высокого напряжения. Максимальное напряжение на диоде действительно составляет входное напряжение 24 В.
Андре
Вы можете опубликовать форму волны?
Адам Лоуренс
Формы волны включены в основной пост.
Андре
+1. Вероятно, что диод с шипами, так что его хорошо проверить.
Аутизм
Snubber это хорошая идея. Я включу эту сеть RC в будущую модернизацию блока питания (и других источников питания).
Андре
4

Это просто проверка работоспособности ...

Ваша выходная мощность указана как 5 Вт, и поскольку коммутатор работает на частоте 260 кГц, энергия, передаваемая за цикл, составляет: -

5 W260,000знак равно19,2 μJ .

Чтобы высвободить эту энергию из индуктора 47 мкГн, требуется ток «заряда»:

2×19×10-6Lзнак равно0,905 A .

Это не слишком звучит для диода на 3 А, способного к неповторяющимся пикам 80А.

Коммутатор вполне способен переключаться на рабочий цикл 0%, поэтому я не вижу, чтобы это имело какое-либо отношение к вещам. Может быть проблема с полифузией - было ли это нормально? Вы тестировали кого-нибудь из них?

Я подозреваю, что у вас плохая партия диодов или есть другие соображения, о которых вы не знаете. На прошлой неделе у меня было несколько диодов на 400 В, и они не испытывали никакого напряжения. Может быть, это плохая неделя для диодов!

Энди ака
источник
А фантомный даунотер снова бьет!
Энди ака
Призрачный upvoter наносит ответный удар.
Рассел МакМэхон
Полифузы в порядке. Если я специально сделал короткое замыкание, подключив выход 5 В к GND, ток будет ограничен до 1,4 А. Ничто не разрушается.
Андре
@russellmcmahon lol
Энди ака
2

Конечно, при увеличении температуры падение Si foward снижается, но общее сопротивление возрастает. При использовании шотки вы должны серьезно отнестись к тепловому побегу. Если вы достаточно взрослые, чтобы порезаться на германиевых транзисторах, у вас все будет в порядке. Помните, что запрещенные зоны находятся в одном и том же стадионе. Так для вашей проблемы ваш диод крут? Если вы можете нагреть ваш SMPS внешним способом любыми способами, и диод преждевременно умрет, у вас будет подсказка. Помните, что теплоотвод или тепловое сопротивление диода должно быть ниже, чем вы думаете. Использование диода более высокого напряжения может быть быстро выйти из тюрьмы. Помните, что запрещенные зоны находятся на одном уровне. Так что для вашей проблемы крутой диод? Если вы можете нагреть ваш SMPS внешним способом любыми способами, и диод преждевременно умрет, у вас будет подсказка. Помните, что теплоотвод или тепловое сопротивление диода должно быть ниже, чем вы думаете. Использование диода более высокого напряжения может быть быстро выйти из тюрьмы. Помните, что запрещенные зоны находятся на одном уровне. Так что для вашей проблемы крутой диод? Если вы можете нагреть ваш SMPS внешним способом любыми способами, и диод преждевременно умрет, у вас будет подсказка. Помните, что теплоотвод или тепловое сопротивление диода должно быть ниже, чем вы думаете. Использование диода более высокого напряжения может быть быстро выйти из тюрьмы.

аутистический
источник
1
В этом есть смысл. В будущем я буду использовать старшего брата MBRS340 MBRS360.
Андре
1

Ваш вход помечен как 8 В до 40 В. Ваш диод Шоттки будет видеть входное напряжение во время переключения. Если ваш вход действительно может достигать 40 В, тогда ваш шотки должен быть рассчитан на 60 В или как минимум на 50 В.

Предел тока выключателя также составляет 1,5 А. Похоже, ваш клиент должен поставить более 24 В на входе. Shottkys нужен здоровый запас напряжения, иначе они обратят утечку и нагреются.

user31000
источник
Это действительно может быть то, что я буду дальше исследовать. Первичная сторона защищена последовательным дросселем для защиты источника питания от взрыва / скачка напряжения. Существует также варистор, подключенный от входа 24 В к GND. Согласно спецификации, варистор не отключится, пока напряжение не достигнет ~ 47В. Но это было бы слишком для LM2675 и для диода.
Андре
1

Я думаю, что проблема с вашим поли предохранителем 0,9A, вероятно, является током удержания предохранителя PTC. Фактический ток отключения может быть в 2 или 3 раза выше, как видно из этой таблицы. Также важно отметить, что во время отключения они указали ток повреждения 1,25, который в 5 раз превышает ток удержания, и это то, что я обычно видел в качестве ориентира для тока отключения. Наиболее вероятный сценарий состоит в том, что при удерживающем токе 0,9 А ваш ток повреждения будет 4,5 А, однако LM2675 будет ограничивать ток с помощью своего внутреннего предела тока до 2,2 А макс, что никогда не приведет к отключению PTC. Таким образом, в случае неисправности диод будет рассеивать большую часть мощности, и, если не будет хорошего нагрева для диода, он, скорее всего, выйдет из строя, в то время как LM2675 останется без изменений из-за его внутреннего теплового отключения.

Kvegaoro
источник
Поли предохранитель, используемый в этой заявке, представляет собой RUEF090, который имеет ток срабатывания 1,8 А. Диод имеет огромную медную плоскость вокруг контактных площадок, поэтому я не думаю, что перегрузка по току разрушила диод.
Андре
1

Это будут скачки перенапряжения, которые вызывают шорты Шоттки (многолетний опыт работы в SMPSU). Если вы посмотрите на сигнал с более широкой областью пропускания, вы увидите его. 100 МГц не очень хорошо, рекомендуем 500 минимум, чтобы увидеть все. Используйте демпфер как предложено или более высокое номинальное напряжение.

Я понимаю, что это очень поздно, но может помочь другим, которые находят нить, как я.

D139
источник