Ursache für Diodenfehler in der Stromversorgung des Abwärtsschaltmodus

8

In einem Basisvermittlungssetzungsspannungsregler LM2675 - Design (wie in der Abbildung von der gezeigte Datenblatt unten), was möglicherweise könnte die Hauptursache für einen kurzgeschlossene Diodenausfall (D1 auf dem Bild) sein?

Typische Anwendungsschaltung aus dem Datenblatt LM2675

Ein kleiner Hintergrund:

Das Unternehmen, für das ich arbeite, hat vor einigen Jahren ein spezielles Netzteil als Teil eines größeren Produkts entwickelt, das 24 V als Eingang akzeptiert und einen LM2675 zur Erzeugung von 5 V verwendet. Der Typ der Diode ist MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Einige Geräte (mit diesen Netzteilen) wurden vom Kunden zurückgesandt, und alle Geräte haben den gleichen Fehler: Alle Shottky-Dioden sind kurzgeschlossen.

Zusätzlich zu der Schaltung im Bild gibt es auch eine Polysicherung, um den Ausgangsstrom auf 0,9 A zu begrenzen, sodass ein sekundärer Kurzschluss die Diode nicht zerstören sollte. Normalerweise beträgt die Ausgangslast weniger als 100 mA.

Das Seltsame ist, dass der Rest des Stromkreises (am 5-V-Teil) nicht beschädigt wird und nach dem Austausch der fehlerhaften Dioden weiterhin funktioniert.

Die Wellenform über den Arbeitsdioden sieht so aus, während die Eingangsspannung 24 V beträgt, sodass keine ungewöhnlichen Hochspannungsspitzen sichtbar sind.


Wellenform:

Wellenform

Originalbildquelle


Wellenform vergrößert:

Wellenform vergrößert

Originalbildquelle


Haben Sie Erfahrungen mit solchen Fehlern?

Andre
quelle
1
Alles, was Sie zeigen, sieht vernünftig aus. Sind Sie wirklich sicher, dass diese Dioden das sind, was sie angeblich sind? Finden Sie heraus, von welchem ​​Lieferanten sie gekauft wurden. Überprüfen Sie die Markierungen sorgfältig. Nehmen Sie eine aus einer Arbeitseinheit und führen Sie eine Sperrspannung und einen Dauerstromtest durch.
Olin Lathrop
Andre, hast du jemals eine Lösung für dieses Problem gefunden? Ich habe fast das gleiche Problem mit dem Umschalter in der Firma, für die ich arbeite ... und es hat uns ernsthafte Probleme bereitet. Wir haben noch keine Lösung gefunden.
1
Die Ursache ist immer noch ein Rätsel. Wir haben vor zwei Jahren ein externes Labor kontaktiert. Sie analysierten einige beschädigte Dioden mit einem Mikroskop und bestätigten auch, dass die Dioden aufgrund von Überspannung starben. In unserer Anwendung ist es nicht ungewöhnlich, dass der 5-V-Ausgang (und damit auch die Diode) und die Primärversorgung Hochspannungsstößen wie Blitzeinschlägen oder anderen induzierten Hochspannungen ausgesetzt sein können. Das haben wir unseren Kunden gesagt und wir hatten in den letzten zwei Jahren keinen Fall mehr. Aber es ist seltsam, dass in allen Fällen NUR die Diode gestorben ist und sonst nichts.
Andre

Antworten:

7

Nehmen Sie nach der Reparatur eines zurückgegebenen Geräts ein sehr vorsichtiges Oszillogramm über den Schottky mit einer kurzen 10: 1-Oszilloskopsonde (schließen Sie die Spitze direkt an und verwenden Sie ein sehr kurzes Erdungskabel) und ohne Bandbreitenbeschränkung für Ihre gute Qualität (100 MHz oder besser, digitaler Speicher) bevorzugter) Umfang.

Ein Beispiel für eine kurze Sonde, die von einer anderen Stelle auf EE.SE ausgeliehen wurde:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was Sie suchen, ist Hochspannung (eine Spitze oder ein Klingeln) an der Vorderkante der Spannungswellenform. Jedes Mal, wenn Sie eine induktive Last schalten, besteht das Potenzial für Hochspannung - wenn Sie nicht sorgfältig danach suchen (dh mit einer kurzen Sonde und einem guten Zielfernrohr), werden Sie sie nicht sehen. Ihr Layout hat einen großen Einfluss darauf, ob der Schottky böse ist oder nicht. Messen Sie also, um sicherzugehen.

Wenn Sie am Ende etwas Hässliches sehen, müssen Sie möglicherweise einen RC-Snubber über den Schottky einführen, um ein Lawinenverhalten der Diode zu verhindern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Adam Lawrence
quelle
Ich habe gemessen, wie Sie vorgeschlagen haben, aber es gibt keine Hochspannungsspitzen über der Diode. Die maximale Spannung über der Diode ist in der Tat die Eingangsspannung von 24V.
Andre
Können Sie eine Wellenform posten?
Adam Lawrence
Wellenformen im Hauptbeitrag enthalten.
Andre
+1. Es ist plausibel, dass die Diode versetzt wird, daher ist es gut zu überprüfen.
Autistisch
Der Snubber ist eine gute Idee. Ich werde dieses RC-Netzwerk in eine zukünftige Neugestaltung des Netzteils (und auch in andere Netzteile) einbeziehen.
Andre
4

Dies ist nur eine Überprüfung der geistigen Gesundheit ...

Ihre Ausgangsleistung wird mit 5 W angegeben. Da der Umschalter mit 260 kHz arbeitet, beträgt die pro Zyklus übertragene Energie: -

5 W260,000=19.2 μJ

Um diese Energie aus einem 47-uH-Induktor freizusetzen, ist ein "Ladestrom" erforderlich von:

2×19×106L=0.905 A

Für eine 3-A-Diode, die sich nicht wiederholende Spitzen von 80 A erzeugen kann, klingt dies nicht zu viel.

Der Umschalter ist durchaus in der Lage, auf 0% Einschaltdauer herunterzuschalten, daher kann ich nicht sehen, dass dies einen Einfluss auf die Dinge hat. Die Polyfuse könnte ein Problem sein - wurden diese als in Ordnung befunden? Hast du einen von ihnen getestet?

Ich vermute, Sie haben möglicherweise eine schlechte Charge von Dioden oder es gibt einige andere Überlegungen, die Sie nicht kennen. Letzte Woche waren mehrere 400-V-Dioden an mir und sie waren überhaupt nicht gestresst. Vielleicht ist es eine schlechte Woche für Dioden!

Andy aka
quelle
Ah, der Phantom-Downvoter schlägt wieder zu !!
Andy aka
Der Phantom-Upvoter schlägt zurück.
Russell McMahon
Die Polyfuses sind in Ordnung. Wenn ich absichtlich einen Kurzschluss mache, indem ich den 5-V-Ausgang an GND anschließe, ist der Strom auf 1,4 A begrenzt. Nichts wird zerstört.
Andre
@russellmcmahon lol
Andy aka
2

Sicher, wenn die Temperatur steigt, sinkt der Si-Vorwärtsabfall, aber der Volumenwiderstand steigt. Sie müssen das thermische Durchgehen ernst nehmen, wenn Sie Shottkies verwenden. Wenn Sie alt genug sind, um Ihre Zähne an Germaniumtransistoren geschnitten zu haben, werden Sie in Ordnung sein. Denken Sie daran, dass die Bandlücken bestehen sind in der gleichen Baseballstadion. Also für Ihr Problem ist Ihre Diode cool? Wenn Sie Ihr SMPS auf irgendeine Weise extern erwärmen können und die Diode vorzeitig stirbt, haben Sie einen Hinweis. Denken Sie daran, dass der Kühlkörper oder die thermische Impedanz der Diode niedriger sein müssen, als Sie denken. Die Verwendung einer Diode mit höherer Spannung könnte a sein schnell raus aus der Gefängniskarte. Denken Sie daran, dass sich die Bandlücken im selben Stadion befinden. Ist Ihr Problem für Ihr Problem also cool? Wenn Sie Ihr SMPS auf irgendeine Weise extern erwärmen können und die Diode vorzeitig stirbt, haben Sie einen Hinweis. Denken Sie daran, dass der Kühlkörper oder die thermische Impedanz der Diode niedriger sein müssen als Sie denken. Die Verwendung einer Diode mit höherer Spannung könnte a sein schnell raus aus der Gefängniskarte. Denken Sie daran, dass sich die Bandlücken im selben Stadion befinden. Ist Ihr Problem für Ihr Problem also cool? Wenn Sie Ihr SMPS auf irgendeine Weise extern erwärmen können und die Diode vorzeitig stirbt, haben Sie einen Hinweis. Denken Sie daran, dass der Kühlkörper oder die thermische Impedanz der Diode niedriger sein müssen als Sie denken. Die Verwendung einer Diode mit höherer Spannung könnte a sein schnell raus aus der Gefängniskarte.

Autistisch
quelle
1
Das macht Sinn. In einem zukünftigen Redesign werde ich wahrscheinlich den größeren Bruder MBRS360 von MBRS340 verwenden.
Andre
1

Ihr Eingang ist mit 8V bis 40V gekennzeichnet. Ihre Shottky-Diode sieht während des Schaltens die Eingangsspannung. Wenn Ihr Eingang wirklich auf 40 V gehen kann, sollte Ihr Schottky eine Nennspannung von 60 V oder mindestens 50 V haben.

Die Schaltstrombegrenzung beträgt ebenfalls 1,5A. Ihr Kunde muss anscheinend mehr als 24 V an den Eingang anschließen. Shottkys brauchen einen gesunden Spannungsabstand, sonst kehren sie das Leck um und werden heiß.

user31000
quelle
Dies könnte tatsächlich etwas sein, das ich weiter untersuchen werde. Die Primärseite ist durch eine Drossel in Reihe geschützt, um die Stromversorgung vor Burst- / Überspannungsbedingungen zu schützen. Es gibt auch einen Varistor, der vom 24-V-Eingang an GND angeschlossen ist. Laut Datenblatt löst der Varistor erst aus, wenn die Spannung ~ 47V erreicht. Dies wäre jedoch zu viel für den LM2675 und für die Diode.
Andre
1

Ich denke, das Problem mit Ihrer Polysicherung 0.9A ist wahrscheinlich der Haltestrom der PTC-Sicherung. Der tatsächliche Auslösestrom ist möglicherweise zwei- oder dreimal höher, wie in diesem Datenblatt angegeben Es ist auch wichtig zu beachten, dass bei der Auslösezeit ein Fehlerstrom von 1,25 angegeben wurde, der fünfmal höher ist als der Haltestrom und was ich normalerweise als Richtlinie für den Auslösestrom gesehen habe. Das wahrscheinlichste Szenario ist, dass bei einem Haltestrom von 0,9 A Ihr Fehlerstrom 4,5 A beträgt. Der LM2675 begrenzt den Strom jedoch mithilfe seiner internen Strombegrenzung auf maximal 2,2 A, wodurch der PTC niemals ausgelöst wird. Im Fehlerfall verbraucht die Diode den größten Teil der Leistung. Wenn die Diode nicht gut mit Wärme versorgt wird, fällt sie höchstwahrscheinlich aus, während der LM2675 aufgrund seiner internen thermischen Abschaltung nicht betroffen ist

Kvegaoro
quelle
Die in dieser Anwendung verwendete Polysicherung ist eine RUEF090 mit einem Auslösestrom von 1,8A. Die Diode hat eine riesige Kupferebene um ihre Pads, daher glaube ich nicht, dass ein Überstrom die Diode zerstört hat.
Andre
1

Es werden Überspannungsspitzen sein, die die Schottky-Kurzschlüsse verursachen (langjährige Erfahrung in SMPSU). Wenn Sie sich die Wellenform mit einem höheren Bandbreitenbereich ansehen, werden Sie sie sehen. 100 MHz nicht wirklich gut genug, schlagen Sie mindestens 500 vor, um alle zu sehen. Verwenden Sie den empfohlenen Dämpfer oder eine höhere Nennspannung.

Mir ist klar, dass dies sehr spät ist, aber ich kann anderen helfen, die den Thread so finden wie ich.

D139
quelle