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[参考译文] INA213：随机组件故障

admin
Guru**** 2382480 points
Other Parts Discussed in Thread: SM72295, INA213
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/735521/ina213-random-component-failures

器件型号：INA213
主题中讨论的其他器件：SM72295、

我们在新产品设计中遇到随机组件故障/此器件烧坏的情况、TI 过去曾对该设计进行过广泛审查。

我们不会超过它的任何工作规格、并且组件在电路板上的方向正确

此时、我相信我们可能会收到来自 TI、供应商或装配公司的故障组件。

我们需要尽快解决此问题、因为我们只订购了100个装配体、每个装配体使用3个这些零部件。

提前感谢您

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    TI__Guru**** 2382480 points
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    Nicholas、您好！

    您可能希望查看此主题：

    e2e.ti.com/.../637442

    Kai
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    e2e.ti.com/.../mppt.pdfThanks作为回应、Kai

    我将验证我正在使用的部件的版本。 我没有包含用于瞬态保护的电路、但是、这些器件用于从 TI SM72295器件评估板衍生的 MPPT 太阳能充电器设计中。 (我们使用的是 SM72295器件、而是使用 INA213来监控太阳能阵列和电池电流、而不是72295器件中的电流)我实际上可以保证我们不会遇到影响器件的瞬态问题。 除了锁闭部件之外、我们还有一些实际上正在燃烧的部件、例如烟雾和火灾、就好像我们严重超出了它们的工作限制... 不同之处在于、我们没有。  请注意以下内容... 用于监测太阳能阵列电流的 INA213可在其输入端看到高达21V 的电压、达到26V 的最大限值、而另一个 INA213可用于监测电池充电电流、并可能看到高达15V 的电压。 暴露在较高电压下的器件最有可能烧断、而用于监控电池电压的器件更像是在不烧断的情况下以固定输出电压进行闩锁。 不过、在该故障模式下加电时、在闩锁中发生故障的器件会变得非常热。

    如果您想查看原理图、请告诉我。 我尝试在这里附加一个。

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    TI__Guru**** 2382480 points
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    BTW、如何确定器件的版本？ 我将在听到您的声音之前尝试自己回答这个问题。

    再次感谢
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    根据封装标签、我们组装的器件的生产日期代码为1731。 除此之外、我看不到确定版本的方法。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    Nicholas 您好、

    很遗憾听到您的团队正在处理我们 INA213器件的问题。  我同意 Kai 的观点、即器件 ESD 结构出现闩锁问题可能是由原因造成的。  根据您发布的原理图(下图)、使用的器件看起来是 A 版本。  您应首先使用 INA213BIDCK 或 INA213CIDCK 替换它们。  完成此操作后、请告知我们您是否仍然遇到问题、我们将尝试查看这些问题是否是导致器件故障的其他因素。

     

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    TI__Guru**** 2382480 points
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    嗨、Nicholas、

    除了确保闩锁不是由系统运行中的瞬态引起之外、我还会检查任何接地层之间的差异。 我不知道您的硬件是如何组装的、但根据原理图、有两个不同的接地符号。 一个用于 INA213和温度传感器的 sysmbol、然后是用于其他一切的接地符号。 您确定这两个接地节点之间存在低电阻连接吗？ 否则、它们之间可能存在电压差、该电压差会缓慢增大。 这将有效地提高 INA213的共模电压并很容易损坏器件。 我建议使用一个电压表来测量接地平面之间的电势、或者使用两个电压表来测量每个接地平面相对于接地的电势、从而为系统供电。

    Peter Iliya
    电流感应应用
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    尊敬的 Peter：

    IAN213s 与大多数其他电路接地、但与充电电路相关的电路除外、即 SM72295的 MOSFET 侧。 两个接地端通过电源附近的一个大型0.0005欧姆电阻器(R70)连接在一起(原理图第2页)、我忘记了当这些器件发生故障时、它们会在加电后的5秒内发生故障。 "上电"是指将带电太阳能阵列连接到 J1、将铅酸电池连接到 J2。 如果他们在这段时间内没有失败、他们似乎工作正常、并继续工作。 我们目前有20个原型、其中5个原型在运行1天后仍在运行、2个原型在运行数周(包括我办公室中的一个原型、我可以在其中监控行为)。

    我想我们可以在连接其中任一电源时引入瞬态、但是、除非在连接时可能发生其他情况、否则太阳能阵列和电池通常不会产生瞬态。 我将使用范围来查看这一点。 我们在这些连接器上使用的 TVS 二极管和 MOV 通常非常有效地钳制我们在以前的设计中遇到的任何瞬变。

    感谢您澄清如何识别版本。 我们绝对希望使用版本 B 或 C 来避免此问题。

    在我继续调查此事时、我将向您提供更多信息。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    BTW、B 和 C 版本之间有何差异？ 此外、如前所述、我们有一些看起来运行良好的电路板。 不知道为什么我们还没有损坏它们？ (虽然我知道故障模式很难预测)
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    此外、2个接地平面彼此之间的电压在10mV 以内。

    为了让您大致了解布局、电路板为4层、第2层为分离接地层。 SM72295大致位于电路板的中心、拆分器在其下方运行。 开关 MOSFET 和其他充电器元件位于开口的左侧(接地符号)、而数字元件位于开口的右侧(信号接地符号)、因为 INA 器件在充电路径中具有其感应电阻器、 这些器件位于接地端、其接地端从另一侧(信号接地)路由到它们。 我认为这不会伤害任何东西、只是想我会由你来管理。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    下面是一些示波器截图、当我通过各自的连接器连接电池(顶部截图)和太阳能阵列(底部)时。 在建立连接时、我没有看到任何尖峰/瞬变/等迹象。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    Nicholas、您好！

    请直接连接保护电视(！) 从 INA213的每个输入引脚到 INA213的 GND 引脚、连接尽可能短！ 使用每个 INA213执行此操作！

    Kai
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    您好 Kai！

    我一直在使用示波器来查看有缺陷的电路板与良好的电路板、并验证我没有任何可能影响这些器件的接地故障或瞬变。


    话虽如此，我确实有一个想法，我想超越你。 查看原理图、我们使用3个 INA 器件 U2、U3和 U6。
    U2和 U3从3.3V 电源上电、同时向其输入施加12V 电压。 在 Vdd 稳定后很长时间内、OTOH、U6在我们驱动 Q1之前不会看到输入电压。 到目前为止、我们尚未看到 U6的任何故障。 这些器件是否可能无法承受 Vdd 和共模输入电压之间可能存在的竞态条件？
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    此外、由于我们使用的是 DCK 封装、我们无法对将 TVS 二极管从引脚连接到 GND 进行实验。
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    因此、根据数据表...

    >>还请注意，INA21x 可以在输入引脚上承受高达26V 的完整输入信号范围，而不管器件是否通电。<<


    我想这回答了我的上述问题，除非有另一个因素在发挥作用。
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    该线程是否仍在被监控？？？


    我们用 C 版部件(一个板上的 B 版)替换了4个 U2和/或 U3出现故障的板、从而重新安装了4个板。 到目前为止、有4块板正常运行、部件尚未发生故障、因为 A 版部件已运行、即加电。 到目前为止、我没有注意到任何接地故障和瞬变、更不用说数据表中提到的2kV/us 瞬变了。 我还验证了这些器件看到的最快输入上升时间大约为3V/us。

    因此、尽管数据表中指出这些器件无需通电即可承受输入电压、但我倾向于使用 A 版本的器件、因为 A 版本存在这方面的问题。
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    Nicholas、您好！

    您的电路板具有许多 MOSFET。 这些部件的切换速度非常快。 结合布局、可以产生大量瞬变和电感反冲。

    按照我的建议、在每个 INA213的输入和 GND 之间使用 TVS、至少可以回答这样一个问题：这种隐藏的瞬变是否会导致闩锁。

    Kai
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    谢谢、Kai！

    我们将根据数据表中的建议、在下一版电路板上针对高于26V 的瞬变向 INA 输入添加瞬变电阻器和电阻器。

    我们确实会得到大量与由 SM72295驱动的充电电路中 MOSFET 运行同时发生的开关噪声。 虽然这个噪声很难测量、但是有可能超过 INA 部件的26V 额定值。

    但是、我想指出以下几点... "一般用途"是首先将电源连接到 J2 (在将太阳能阵列连接到 J3之前)。 该电源通常是要充电的铅酸电池、它也为组件的数字部分供电。 此时、由于 J3未连接电源、充电电路被禁用、并且没有 MOSFET 切换。 在这些"安静"条件下、我们仍然能够吹掉 U2和/或 U3。 这就是我认为这个问题可能与加电有关的原因

    不过、我还是相信、根据您的建议添加瞬态保护电路将会让我们受益。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    非常感谢您的其他想法！
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    到目前为止、版本 C 部件仍在工作。 不过、我仍在关注范围。 上面的示波器截图是电源引脚上的3.3V 电源、是显示电压电平的开关噪声的缩放。 INA 器件对此有多大的耐受性？ 为了进行比较、输入端几乎没有开关噪声。

    感谢您迄今提供的帮助、这将帮助我们解决下一个硬件版本中的所有问题

    BTW、与 rev A 部件相比、rev C 部件的精度通常要高2%左右。 我想这是由于增益误差有所改善。
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    很抱歉、您发表了这么多问题... 我也只是想从"知识"毕业到"专家"
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    TI__Guru**** 2382480 points
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    此外、只需重申一下、至少在正常运行期间、INAS 输入端不会出现明显的瞬态或开关噪声。 不过、仍将在下一个修订版中添加跨阻器和电阻器、这将有助于避免其他来源的瞬变造成损坏。
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    Nicholas、您好！

    INA213的电源电压是否为负？ 我不认为这对 INA213很好...

    您可以在电源线中添加一些低通滤波。 使用 RC 滤波器可能会有所帮助。

    Kai
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    您好 Kai、是的、Vdd 在频率为400kHz 的开关脉冲的短暂时间内摆动为负。 虽然我确信它不会导致 A 版部件出现灾难性故障、但它肯定不是理想的、并且可能会在较长的时间内影响 INA。 通过这些高速 MOSFET 切换大量电流、很难消除开关噪声... RC 滤波可能会如您所建议的那样有用。
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    Nicholas 您好、
    版本 B 和 C 之间的差异是它们的 ESD 结构会导致不同的增益误差容差。 至于版本 A 中某些器件仍在运行的原因、可能是器件制造差异导致某些器件比其他器件更稳健。 所有器件的行为略有不同、这就是我们为许多规格提供典型值和最小值或最大值的原因。 即使指定了最大值或最小值、1个或2个器件也可能在超出这些限制的情况下运行。 但是、所有未损坏的器件都保证在这些限制范围内运行。 遗憾的是、对于该器件的各种版本、我们尚未指定最大输入压摆率以避免闩锁。

    正如您从数据表中确定的那样、共模电压和电源电压要求是相互独立的。

    如果我正确地解释了您的示波器脉冲、则您的电源将会从开关噪声降至地电平以下。 我们没有列出下限的绝对最大规格、但是、我将与我们的设计团队和测试工程师联系、看看我是否可以获得有关该操作影响的答案。 同时、RC 滤波器或电源引脚附近的较大去耦电容会有所帮助

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    非常有用的信息，谢谢！

    在我能够测量的情况下、这些器件在此应用中看到的最快压摆率约为3V/us、同时连接到太阳能阵列和电池。

    我开始对 rev C 部件能够处理任何正在喷出 rev A 部件的问题有一定的信心、尽管我仍然不清楚其原因。 我确信它与瞬态、开关噪声无关或超出工作限制。 (我仍然倾向于上电问题、但我们看不到任何电源浪涌、瞬变、 或在上电过程中出现的任何异常情况)、当转速 A 器件发生故障时、它们在通电后的5秒内执行此操作、同时充电器电路未切换。 一旦超过该点、优秀的器件就会继续工作、而不会出现故障。


    我将在电源上使用更大的去耦电容进行实验、并可能在下一个电路板修订版中包含 RC 滤波
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    Nicholas 您好、

    我与我们的设计团队进行了检查、电源电压不应低于相对于接地的-0.3V。 如果出现这种情况、则器件预计会发生故障、但器件故障可能会逐渐发生、并且功能会缓慢下降。

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    实际上、示波器屏幕截图中的一些开关噪声可能会通过探头接地电容得到增强... 我现在尝试获得更好的测量结果...
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    这里是另一个示波器截图、使用电源引脚旁路电容器上的 Tip & Barrel 方法。 请注意与上次激发相比的 V/div 设置。 没有那么差
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    Nicholas 您好、

    很高兴看到您的电源引脚比最初想象的更稳定。 至于您的问题、我们强烈怀疑是启动条件导致了 INA213器件版本 A 中 ESD 结构的闩锁。 将版本 A 与版本 B 或 C 换出通常可以解决客户在使用该器件时遇到的问题。 但是、在您的持续测试期间、请随时向我们发布任何新开发、我们将继续为您提供服务并解决此问题。
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    感谢 Patrick、我同意问题与 A 版器件有关、无法承受我们的加电条件。 在过去几天中、版本 C 部件一直运行良好。 现在、我们可以将问题称为已解决问题、如果遇到任何相关问题、我将再次发布。
    谢谢！
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    Nicholas、您好！

    就我个人的口味而言、电源线上的噪声有点太高。 如果您计划对电路进行修订、我会在开关 U13和 U14上花费一些输入和输出滤波。 此外、如果尚未执行、则每个单芯片都应具有自己的去耦电容。 如有必要、添加一个小电阻以提供 RC 滤波器。 几欧姆电阻会大有帮助！

    最后、应过度考虑接地平面的使用。 通常、最好具有一个实心接地平面、而不会进行分离。 不允许某些接地电流共享实心接地层的唯一原因是、如果流动的接地电流极高且尖峰极高、则会完全侵蚀接地。

    Kai
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    谢谢 Kai。 我们将更改设计、以在组件引脚上添加低值电阻器以及已有的去耦电容器(可能也会使这些电容器具有更大的值)、并为开关稳压器添加滤波功能。 我们还消除了分离的接地层、这在将数字接地与开关噪声隔离方面没有太大帮助。

    我有一个有关版本 A 组件故障的更新。 我在上面提到过、我们从未看到 U6失败、只有 U2和/或 U3。 我们有一个原型装置运行了大约1个月、其中包含 A 版组件、而 U6今天恰好发生了故障。 U7和 Q10用于在铅酸电池电压低于10.7v 时关闭负载、并在电池电压恢复到12v 时再次打开负载。 事实证明、原型正在电池损坏的单元中使用、因此负载至少每天打开和关闭一次。 我最初以为问题可能是由于施加 Vdd 和较大共模电压(即12v- 14V)之间的竞态条件导致的、但现在似乎只是循环共模电压足够的时间(Vdd 是恒定的) 足以最终导致 ESD 结构损坏。 到目前为止、版本 C 部件运行良好、这是一件好事、因为我们刚刚将一些部件发往客户现场。
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    嗨、Nicholas、

    很高兴知道 C 部件仍能正常工作。 至于延迟故障、这并不是意料之外的。 ESD 单元锁存在器件中而导致的故障实际上可能是瞬时的、也可能需要几个周期才能被注意到。

    正如我之前所说的，如果你遇到进一步的问题，请在下面答复。 但我们会考虑该线程已关闭。