[参考译文] LM5176：输入的高侧和低侧MOSFET损坏

你好，Edgar：

感谢您使用E2E论坛。

当正确理解时，左侧(降压侧)的两个FET都已损坏。

您能否在工作板上探测两个FET的门信号。

如何控制启用？ 如果输入电压低于12伏，是否可以启用LM5176。

谢谢！

 Stefan

您好，Stefan，

感谢您的回复。

CH1和CH2是降压侧的门驱动信号。

CH3和CH4是增压侧的门驱动信号。  

图1 ~图3是不同模式(降压，降压-升压和升压)下的波形。

LM5176由5V MCU直接启用，我认为输入电压始终高于10V。 (根据铅酸蓄电池的最小电压)

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

感谢您的详细信息。

您是否可以放大，以便可以正确看到一个极中开关之间的死机时间。

谢谢！

 Stefan

您好，Stefan，

有关详细信息，请参阅附件。

e2e.ti.com/.../LM5176_5F00_Waveform.pdf

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

我忘了提到，高侧FET需要对离子源进行差分测量。

尽管如此，看起来高侧的下降边缘非常接近低侧的上升边缘。

这可能与高侧的2个FET和低侧的1个FET有关。  

您可以通过在低侧添加一个小门电阻器来尝试平衡这一点，但您应该将其与二极管(从FET到LM5176)并联，以获得快速下降的边缘。

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

我已通过测量降压端的每个Vgs和VDS来重新测量波形(也在降压模式下工作，具有18V输入和16V输出开路负载)。

CH1是高侧的Vgs，CH2是低侧的Vgs，CH4是低侧的VDS (用于传导判断)。

左边的图片是以全带宽度量的，右边的图片是 以 20MHz带宽度量的。

以下是带有0欧姆门电阻器的波形。

以下是带有3.3欧姆门电阻器的波形。

我认为根据波形，原始0欧姆是正常的，但我发现输入电流略高于3.3欧姆。

输入电流为0欧姆：66mA

输入电流为3.3欧姆：65mA

输入电流为10欧姆：64mA (但由于低转换率，Vgs在低占空比下无法达到最大电压(7V VCC))

这种现象是由 开关过程中的临时短电流(高侧MOSFET和低侧MOSFET同时导通)引起的吗？

您认为我的案例的根本原因是否仍然是门驱动信号不平衡？  

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

感谢您提供新的示波器图，这将显示更多详细信息，我将修改我对重叠栅极驱动的第一个判断。

随着开关转换时间的延长，效率随着(更高)栅电阻器的增加而降低，这将导致更多的损失。

但正如刚才提到的那样，这似乎不是这里的问题。

所以，我们将回到起点。

您是否尝试修复其中一个损坏的板并再次检查那里的信号？

您的示意图显示12A的输出电流。 这是可以在此处看到的峰值电流吗？

充电超电容是否可能在短时间内消耗较高的电流？

(如果在DCDC启动后将Super Cap连接到电源，则可能会发生这种情况。)

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

效率测试结果不适合正常情况，因为 在 这种情况下，较高的门电阻器的损耗更小(效率更高)。

这就是为什么我想与大家分享，以找出原因，尽管只有细微的差别。  

输入电流为0欧姆：66mA >输入电流为3.3欧姆：65mA > 输入电流为10欧姆：64mA

在  这种情况下，是否应将栅极电阻更改为3.3欧姆或保持0欧姆？  

我尝试通过更换损坏的MOSFET和电流感应电阻器来修复一些损坏的电路板，但 它们 也无法产生稳定的输出电压。

我将尝试查找 损坏的电路板并再次进行分析。

我使用此电路为Super Cap充电，大约为16V/12A，所以我使用4mohm电流感应电阻器来控制输出充电电流(CC模式)。

此参数也与EVM相同。

由于超电容为0V至16V，12A是CC模式下的正常电流。

Super CAP始终连接到LM5176的输出，我控制EN引脚以对Super CAP充电或不充电。

当EN引脚被拉高时，会发现峰值电流，但我认为在实验室环境中，过冲是可以接受的。

以下是EN引脚拉高时的波形。

CH1是输入，CH2是输出，CH3是EN引脚电压，CH4是输出电流。  

我发现在软启动过程中存在反向电流。

我想降低过冲电流，所以我放大了软启动电容器。

过冲电流减小，但反向电流也延长，如下所示。

我用电源来做这个实验，所以这个结果的输入比电源要高，这是相当奇怪的。

我认为这是LM5176的错误占空比造成的，因此降压模式(至输出)被转到反向增压模式(至输入)。

这些反向电流在某些特定情况下是否会损坏电路？

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

让我进一步探讨这一点--明天还会再来。

此致，

 Stefan

您能否分享 更多有关12伏蓄电池性质的详细信息。 它是否与汽车电池类似？

负载跳跃期间输入电源的行为是什么？ 输入电压是否会变得过高以损坏FET？

即使是高于V_DS限值的短峰值也会随着时间的推移而损坏FET，并导致导线断开或短路。 这也会破坏第二个FET。

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

我只使用 LM5176从12V电池(车载电池)为超级电容充电，并且使用MCU在我的产品中启用LM5176。

蓄电池应该非常稳定，没有任何电压峰值或过压。

波形I显示您仅使用LM5176，没有任何电路，我连接EN引脚以启用LM5176。

我使用0.1uF SS电容器重新测量SS程序，如下所示。

CH1是降压侧高侧的Vgs，CH2是增压侧高侧的Vgs，CH3是EN，CH4是输入电流。

以下 是负载开路(0V)的波形，降压开关启动后CH2打开。  

 输入电流和增压侧的高侧MOSFET均正常。

以下 是带有超电容(7~8V)的波形，并且CH2在 降压切换启动之前打开。  

 增压侧的输入电流和高侧MOSFET都异常。  

高侧MOSFET在切换之前打开，因此显示反向电流。

我在开路负载下将输出预充电至7V，然后重新开始， 然后反向电流再次显示如下。

我认为LM5176在 我的情况下输出电压不是零时无法正常工作。

你有什么看法？ 我是否应该对我的产品进行一些修改？

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

还有两个问题我尚不清楚：

——您使用的是汽车电池，因此我认为这一应用程序是在汽车或类似系统中使用的，这是正确的。 此类应用环境可在负载跳跃(例如发动机启动)时获得极高的电源电压。 甚至可以超过40V。

-根据共享原理图，您的软启动时间应为15毫秒，但从示波器图解中，这要短得多-看起来在0.3毫秒的范围内。

为了正确地上升并避免负电流，软启动时间的尺寸应正确。 如果没有此功能，则开机可能会有点颠簸，因为过电流关闭将反复触发。

因此，回顾一下您的原理图将会非常有帮助。

请在所有可能的条件下检查实际应用环境中的电源系统，确保其低于FET的最大额定值(有一定的余量)。

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

1.根据我的实际经验，12伏车用电力系统没有这样高的电压(> 20伏)。 正常电压约为12.6V至14.6V。 我认为MOSFET高电压故障的风险对于 CSD1.7573万Q5B (30V)来说非常低。 此外，我的产品中的MCU在打开LM5176为超级电容充电之前，会检查输入电压(12V电池)是否稳定。

2.我重新进行开载实验以检查 软启动时间，但 这次测量的输出电压(CH4)如下。 软启动时间与理论几乎相同。

(CH1是降压侧高侧的Vgs，CH2是增压侧高侧的Vgs，CH3是EN，CH4是输出电压。)

3.我的设计与TI EVM相同。 您认为我应该降低切换频率，增加软启动时间(但使用较长的反向电流)还是执行其他操作以获得更稳定的性能？ 如果是，请 告知 一些参数以进行 初始猜测。

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

请查看此文档，其中引用了汽车规格并列出了最重要的参数：

汽车用12V和24V电池输入保护参考设计

注意：CSD1.7573万Q5B的ABS最大额定值 为30V。 因此，即使是高于此水平的短脉冲流也会使设备承受超过极限的压力，并且在某个点会导致设备中断。

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

感谢您参考保护设计。 我将在下一个产品中进行设计。

由于价格和交货时间的原因，我的产品有两个版本。 旧版本使用CSD1.8532万Q5B作为降压侧MOSFET (与TI EVM相同)，新版本使用CSD1.7573万Q5B作为降压侧MOSFET (价格和交货时间更好)。
这就是为什么我在原理图中写了CSD1.8532万Q5B/CSD175。

我检查了日志，发现CSD1.8532万Q5B (40V)版本也已损坏。 因此，在我的案例中，过压故障不是MOSFET损坏的主要原因。

顺便说一句，我发现了一块破碎的板。 降压端MOSFET均损坏(短路)，电流感应电阻器(R1和R7)损坏(打开)。 增压端MOSFET性能良好("漏极至源极"开路，"漏极至漏极"为二极管电压)。

我将在下周重新处理这些损坏的部件并重新测量信号。

谢谢，此致，

Edgar

您好，Stefan，

我修理了损坏的电路板，它不能正常工作。 高压侧驱动信号和输出电压如下所示。

CH1是降压侧高侧的Vgs，CH2是增压侧高侧的Vgs，CH3是输出电压，CH4是输入电流。

输入由12伏电源提供。 输出电压I设置应为16V，但仅为4V。

我还测量了4通道驱动信号，如下所示。

CH1是降压侧高侧的Vgs，CH2是增压侧高侧的Vgs，CH3是 降压侧低侧的Vgs，而CH4是 增压侧低侧的Vgs。

LM5176的VCC只有4V (不是典型的7.35V)，因此我认为LM5176中的调节器已损坏 ，VCC的4V来自输出。

根据数据，损坏的VCC是 导致此主板损坏的原因。

但是，我不知道导致VCC损坏的原因。

请帮助我找出并调整它。

Edgar

你好，Edgar：

只需再次检查原理图，但看不到明显的错误。

我还想了解这一假设，即Vcc失败导致了最后的中断。

您是否有任何明确的迹象证明此失败。 我不知道根本原因和副作用是什么。

那么，我们如何才能确保Vcc首先发生故障，FET因此而损坏，而不是相反？

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

我的假设是，发生故障的VCC可能导致MOSFET无法在饱和区域运行。 在这种情况下，Vgs仅获得4V，接近  CSD1.8532万Q5B的Vth。 因此MOSFET 将获得更大的RDSon，而I2R将变得更大(热量更大)。 最终MOSFET将被损坏(无法关闭)。 当两个MOSFET同时打开时，转换器将会短路。

我认为我的示意图中的Q1和Q2是第一个损坏的零件。 在降压模式下，它们会导致Q3和R7损坏。  由于降压模式充电过程无法完成，由于超级电容(输出)和蓄电池(输入)之间的电压差较大，大电流也会通过Q5和R1的主体二极管流入超级电容。 因此，R1会被这大电流破坏。

所有MOSFET的rg均为0欧姆。 这是否会导致较大电流为所有MOSFET的Qg充电并损坏VCC (驱动源)？

此外，损坏的VCC是否会导致输出电压错误？  

谢谢，此致，

Edgar

你好，Edgar：

我同意，如果Vcc失败，将导致您上述行为。

在另一侧，如果(尤其是) 低侧FET损坏，它们将在栅极和源极之间短路，这也会使LO1对GND短路。

由于Vcc是低压侧驱动器的来源，其固定至GND的驱动器短路，因此也可能导致Vcc线性稳压器降级。

我将检查是否会发生这种情况- 但为此，我可能需要一些时间。

是的，不工作的Vcc也可能是输出电压错误的原因，因为这也会影响内部参考电压。

再次强调：我已经检查了附在第一个线程上的原理图-这是TI EVM的原理图。

如果您的电路，请分享原理图。

此致，

 Stefan

您好，Stefan，

我在产品中使用了与TI EVM相同的原理图，BOM和布局，因此原理图与TI EVM相同。  

我只添加了一个MCU，它位于其它板上，通过LM5176的EN引脚控制开/关。

如果 您需要我的主板的其他数据进行分析，请告诉我。

此致，

Edgar。

你好，Edgar：

感谢您的更新，很抱歉此线程被卡了一段时间。

我仍然有一个很强的假设，即损坏是由供电系统过压导致的过压造成的。

您是否有机会对此进行进一步调查？

您是否知道  故障系统的使用位置？ 您能否检查该系统上的耗材是否确实如预期的那样？

此致，

 Stefan