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[参考译文] LM2596:查找L1电感器损坏的原因

Guru**** 2322270 points
Other Parts Discussed in Thread: LM2596, LM2595, LM2575
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/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/578384/lm2596-looking-for-cause-of-damaged-l1-inductor

部件号:LM2596
在“线程: LM2595LM2575”中讨论的其它部件

您好!

我一直在努力解决一个设计问题,即此切换台中的L1电感器由于过热/过电流而出现故障。  我正在尝试找出可能导致电感器出现故障的原因,我需要确保在下一个主板版本的修复中涵盖了所有可能的原因。

LiFePO4蓄电池的输入V (在左侧,但未显示)大约在10V至14V范围内。  此外,还有一个蓄电池充电器,可为蓄电池充电,并在插入时在~12V导轨上发出极轻微的波纹(约1MHz)。

此设计上的电流消耗(3.3V侧)在大约10mA (装置处于休眠状态时)到大约500mA的范围内。  

本原理图中显示的所有盖子目前都是陶瓷的。

此零件的布局如下所示(有一个未显示的接地平面位于顶层的正下方):

在现场获得一些单元后,我们可能会看到L1电感器的2 % 至3 % 故障,在这种情况下,它会过热并完全短路,或者过热并失去一些电感。  当部分电感丢失时,输出会增加一点纹波和斩波(不会令人震惊!)。  

在完成设计后,我发现了许多问题:

*在装置的休眠模式下,输出电感器似乎过低。  尽管在低电流消耗时实际输出电压非常干净(几乎没有噪音),但Webench工具似乎建议使用更大的电感器

*输出电容太低,应该是一个更大的值。  

*输入和输出盖不应该是陶瓷的--输入应该是钽聚合物(而不是固体或在插入电池时,浪涌可能会杀死它们),输出应该是钽固体(如果我想花更多的钱,则可能是聚合物)。

*前馈电电容器似乎未计算,过高。

*我还发现,主板上有一些陶瓷帽放置在较差的位置(在主板边缘,安装孔附近或两者都放置),并且可能有一些陶瓷帽在3.3V导轨上发生短路故障(间歇性或永久性)。

解决方案:

*我已将所有陶瓷罩更换为汽车柔性安全罩,并将其位置移至远离主板边缘和安装孔的位置。

*切换台周围的输入和输出电容类型已更改为Tantalums

*输出电流上限值已增加,以符合WeBench设计建议的11-15V输入,500mA输出,3.3V输出等

*推进梁前移上限值已更改为与按照数据表中的规则提供的值近似匹配(+-几nF)

更多信息:

*我试图通过降低输出电容,将FF电容值提高到更高(使其更糟),使3.3V导轨短路等来使电感器失效,我无法找到方法在我的工作台上复制过热电感器。

*如果我更换了故障设备上的电感器,它可以解决问题。  芯片本身不会造成任何损坏。

问题:

我希望有人能给我一些关于我如何在最初设计中吸烟感应器的吸烟枪式逻辑

*我希望有人能告诉我,我将要展示的"固定"/"改进"版本的原理图和布局中是否还有任何设计问题

*我还想确认输入和输出电容值,以及电感器值--我是否真的应该仅仅根据最大输出电流来设计它们,或者我是否应该在设备休眠时考虑到真正的低电流消耗??

*在这块原理图之外,我还应该寻找什么?  

*是否存在任何可能导致此问题(或其他问题)的主要布局问题?

*我是否询问了我应该询问的任何问题?

下面是新的"固定"示意图:

下面是新的主板布局,我希望它是"固定"设计:

非常感谢你的任何意见!!!!   我想让愚蠢的L1电感器故障问题消失!


此致,

亚当

  • 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。

    第一条消息似乎已删除我的图像!

    我正在尝试将它们附加到此邮件...

    SCH故障:

    以上的布局:

    希望是固定设计?:

    以及"固定"设计的布局:

  • 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。
    您好,Adam:

    首先要检查的是电感器电流额定值。 请注意LM2596是3A部件。 在输出电压对地短路故障情况下,电感器将看到比500mA最大负载大得多的电流。 过热时,零件会热关闭。 因此,电感器可能在短路故障条件中受损。

    当您认为输出电容过低且CFF不正确时,它们都会导致边际环路稳定性。 电感器或其他组件也可能具有容差,并且有一小部分电路板不稳定。 不稳定会导致电流振荡,峰值电流将比稳定的工作环路大得多。 如果电流额定值不足,也可能损坏电感器。

    如果更换了损坏的电感器,则无法重现损坏情况。 这听起来就像电感器部分到部分变化在这里起着作用。

    是的,电感器应选择0.5A负载,而不是10mA。 由于该部件是3A部件,因此47uH电感器适用于该部件。 但它的电流波纹比电感更大。 但在同一系列电感器或外壳尺寸内,电流额定值通常较低,电感较高。
    您是否会考虑使用较低电流额定值的部件LM2595? 它们具有相同的封装,但引脚与引脚不兼容。 LM2595是1A部分,因此其电流限制要低得多,以保护您的电感器。 遵循Webench设计应该是一个良好的开端。

    对于PCB布局,有一些一般规则:
    1.电源线(连接VIN,SW,VOUT,二极管的GND和CIN,Cout)应尽可能短和宽。 从CIN接地到IC接地之间的细痕应加宽。
    2.对于Cin,较低值的值应更靠近IC。 由于较低值的高频率切换噪声绕过更有效,因此将其靠近IC可防止高频噪声传播到主板的其他部分。 它也适用于Coout,而不是Cin在降压转换器布局中更重要。

    完成后,我们可以查看您的布局。

    此致,

    杨先生
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    非常感谢杨先生的回应!

    因为LM2575与引脚兼容,所以我想知道如何使用LM2575。 它似乎以更低的频率切换,因此可能需要更大的组件(我实际上还没有研究过)。 一般来说,我怎么能吸烟电感器是有意义的——因为电流限制太高(3A相对于我的1A电感器来说是高的),当坏的情况出现在我的板上时,很可能会吸烟我的电感器。

    我猜LM2595在切换频率方面几乎与2596完全相同,而且大多数其他项目只是具有较低的切换电流和不同的引脚输出。

    我将研究其他两个部分以保护我的电感器,同时可能只是增加电感器尺寸。

    感谢您的反馈,如果能了解您对我在当前设计中的LM2575的看法,那将是非常好的。

    好好休息一天,
    亚当