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[参考译文] TPS40305：低侧 MOS 损坏

admin
Guru**** 663810 points
Other Parts Discussed in Thread: CSD17507Q5A, TPS40305, TPS40304, CSD17501Q5A, CSD17506Q5A
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/1105907/tps40305-low-side-mos-broken

器件型号：TPS40305
主题中讨论的其他器件：CSD17507Q5A、 TPS40304、 CSD17501Q5A、 CSD17506Q5A

您好！

我们围绕 TPS40305DRCR 设计了一个电路。

VIN = 9V 至16V。 VIN 连接到外部电池。

输出电压= 5V/8A。

MOS 是 CSD17507Q5A。

/resized-image/_size/320x240/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/P5V.jpg

加电时、P5V 电源上没有高负载(电容器除外)。

我们有两块板、在 加电后、低侧 MOS 断开(短路状态)。 P5V 上未添加负载。 电流消耗通常小于2A。   

您能否分析 我们的原理图以找出问题所在？

CSD17507Q5A 在短路时死亡。 是由过流还是过压引起的？

CSD17507Q5A 不是此应用的理想选择？

BR

 

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    TI__Guru**** 663810 points
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    遗憾的是、您链接到文件的图像太小、无法读取任何值。   

    开关模式同步降压转换器中低侧 FET 损坏的一个常见原因是开关节点振铃导致低侧 FET 上出现过压应力。  输入电压电容器的源电感与开关节点的寄生电容耦合、形成高频低阻尼因子 L-C 谐振回路、这会导致开关节点以非常高的频率振铃、通常高于50MHz。

    振铃会在低侧 FET 上导致高漏源电压、并产生关断时间漏源雪崩电流、最终会导致 MOSFET 发生故障。

    如果您可以在低侧 MOSFET 的漏极和源极上进行高分辨率(小于50ns/division)电压测量、这将有所帮助、以便我们可以评估 MOSFET 电压应力。  如果您还可以在监控 SW 的同时监控 LDRV 和 HDRV、则三个电压一起非常有用。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    你(们)好

    这里是原理图和电压测量

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/6560.Schema.pdf

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/VDS_5F00_T301_5F00_HDRV_5F00_LDRV.pdf

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    TI__Guru**** 663810 points
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    你(们)好

    这是上电期间的一个新措施。

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/mise-sous-tension4.pdf

    通道1：HDRV

    频道2：软件

    Math 提供从 HDRV 到 SW 的差分电压。

     根据 TPS4030x 6.1美元的规定、我们可以观察到脉冲大于7V 且7V 是最大值。

    这些脉冲是否会损坏 TPS40305？

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    TI__Guru**** 663810 points
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    @í a Giles Lopez  

    虽然 HDRV 至 SW 节点上大于7V 的电压可能会损坏 HDRV 驱动器器件、但这不太可能导致低侧 FET 损坏。  在波形中观察到的极短持续时间振铃也不太可能损坏驱动 器、根据振铃、两个示波器探针中也可能存在未补偿的偏差、从而导致出现更高的差分电压。

    我更关注 VDS_5F00_T301_5F00_HDRV_5F00_LDRV.pdf 图像中低侧 FET 漏源极上的20.5V 电压、当低侧 FET 关断且高侧 FET 导通时、开关节点上升、这似乎处于空载或极轻负载条件下、表示电感器电流为负值。  不过、FET 本身应能够承受20V 以上的电压。

    当我150μF 补偿时、环路看起来可能稍微稳定、穿越频率非常接近输出电容器的谐振、并且在很大程度上取决于 Δ I 电解电容器的 ESR。  如果输出中存在振荡、则可能会显著影响电感器电流和开关节点应力。

    e2e.ti.com/.../1067.TPS40K-TPS5-Type-III-Loop-Stability-kVenable.xlsm

    将 R3 (原理图中的 R304)提高到12k 而不是1.5k 会增加环路带宽并提供更大的相位裕度。  如果问题是环路稳定性会驱动开关节点中的高电流和振铃、这可能会有所帮助。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    你(们)好

    我按照您的建议替换了 R3

    这是结果。

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/Carte_5F00_CEM_5F00_SW_5F00_R304_5F00_12k.pdf

    我看不到任何差异。

    我自己尝试找到问题。

    我在 P5V 上连接了一个设置为1A 的直流电子负载。

    我观察到振铃取决于电流。

    但是、当我在电子负载开启的情况下为电路板加电时  、TPS40305便会死！！！

    两个 MOSFET 看起来都正常。

    LDRV 信号正常、BP 电压正常 、但 HDRV 不正确

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/Break_5F00_HDRV.pdf

    这是电路板的顶部和底部。

    第2层是一个 GND 层。

    /sca-file/__key/communityserver-discussions 组件-files/196/top_5F00_bottom.pdf

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    TI__Guru**** 663810 points
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    看起来 HDRV 电压没有按应有的那样上升。  HDRV 被上拉至 BOOT、该引脚应由 BP 通过一个内部二极管供电。  检查 BOOT 和 C306电容器上的电压、确保 BOOT 由 BP 供电、C306电容器允许 BOOT 随 SW 升高而高侧 FET 导通。

    更改 R3可能不会改变单个开关周期的性能、 但可以通过提高输出电压的稳定性来改变部件在几个开关周期内的性能、尤其是在启动期间、此时谐振时的低相位裕度会由于输出电压的变化而引起振荡。

    对于导致低侧 FET 损坏的原始问题：

    您能否在设置了时间刻度的情况下在启动期间获取 EN/SS 和 VOUT 的示波器波形、以便0V 至5V 的完全上升至少覆盖示波器水平刻度的50%？  我正在寻找上升输出电压中的振荡或软启动结束时的过冲和恢复。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    你(们)好

    我将 Cboot 从100nF 增加到200nF。

    我为电路板通电 、以查看振铃是否减少、但 5V 电源无法正常工作。

    P5V 和 GND 之间存在短路。

    经过调查(低 MOSFET、TPS40305和 L300未安装)后， 短路发生在 P5V 侧和上

    原因  是直流/直流 TPS62827DMQR。 对于该器件、最大输入电压为5.5V。  

    将 Cboot 更改为100nF 至200nF 是否是一个大错误？

     当 TPS62827DMQR 发生故障时、这意味着 P5V 电压大于5V。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    除非存在另一个问题、否则将 Cboot 从100nF 更改为200nF 不应导致输出电压超过5.5V。

    输出电压不稳定、FB 分压器从 VOUT 泄漏到 FB、或高侧 FET 控制受损可能导致输出端的电压过高、但这些不应由 Cboot 增大引起。

    此时、我建议更换 TPS40304控制器和两个 MOSFET、以确保系统中不会出现任何其他可能导致新问题的损坏。  此外、仔细检查焊接接头并清除电路板上的任何通量或其他污染、以避免泄漏和短路。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    组件已按顺序排列。 当电路板固定时、我会回来的。

    请注意、TPS 是  TPS40305 、而不是 TPS40304  

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    TI__Guru**** 663810 points
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    关于第一个电路板(使用 HDRV KO)、

    我检查

    - C306 => 100nF 正常

    - BOOT 上的电压 = 1.5V

    - BP 上的电压=6.5V

    我们是否可以假设内部二极管损坏了？

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    是的、这表明 BP 至 BOOT 二极管可能损坏、因此 BOOT 不再充电、这会阻止高侧 FET 导通。

    该原理图在 BOOT 和电容器或 SW 节点之间没有串联电阻器的位置来控制高侧栅极驱动电流和开关节点振铃。  如果可以添加一个用于测试目的、则在 BOOT 和 Cboot 之间添加一个2.2Ω Ω 电阻器可以缩短上升时间并改善开关节点振铃、而不会影响自适应栅极驱动器对高侧 FET 栅极电压的监控。

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    TI__Guru**** 663810 points
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    您如何制定？

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    我有两块板、但它们现在已损坏。 收到损坏的组件后、我会更换它们。 然后维修电路板。

    我将查看 MOSFET 周围的情况。  CSD17507Q5A 是否 是理想选择？ 是否有另一种可能更慢的折射？ 。  

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    TI__Guru**** 663810 points
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     CSD17507Q5A 是一款额定栅源电压为20V 的30V VDS MOSFET。  可提供良好的电压应力裕度。  它具有2.8nC @ 4.5V 的极低栅极电荷、因此使用 TPS40305的6.5V @ 1.5Ω 驱动器时开关速度会非常快。  选择较低的 RDSon /较高的栅极电荷 MOSFET 会减慢上升沿、但会牺牲一些效率。

    例如 、CSD17506Q5A 与507Q5A 具有相同的封装和电压额定值、但仅为 Rdson 的1/3、栅极电荷的4倍、这将有助于降低 MOSFET 开关速度。  进一步推动、 CSD17501Q5A 具有大约1/5的 Rdson 和大约5倍的栅极电荷、 但我建议使用自举电阻器、而不是将 MOSFET 尺寸作为通用解决方案增加。

    较低级的布局、尤其是 TPS40305的 LDRV 至 GATE 以及源极至 GND 的布局以及高侧 FET 漏极至低侧 FET 旁路源极的布局、对于限制振铃能量和低侧 FET 应力也至关重要。  如果 LDRV 至 GATE 和源极至 GND 路径较长或由于某种原因具有高电感、则低侧 FET 的栅极可能会随着开关节点增加低侧 FET 的栅极漏极电压而上升、从而将电流引入栅极并为栅极-源极电压充电。