[参考译文] TPS62136：电路故障分析：降压 IC SW 和 GND 引脚内部短路

尊敬的 Deniel：

由于您在未连接负载的情况下进行测试、因此不应触发断续电流限制。

我对该设计如何缩短器件有一些想法。

1) 1)由于您使用一些外部电路来更改输出电压、因此 Vout 可能超过设定值并过冲高于8.4V、从而导致 VOS 引脚上超过绝对最大额定值(Vin+0.3V)导致击穿。  尤其是在 FB 引脚中注入纹波或噪声时、可能会发生这种情况。 此外、由于未连接负载、因此过冲输出电压会更容易、因为没有负载可快速漏电流。

您是否能够在发生故障时测量 Vout 以查看其是否超出最大额定值？

谢谢、

Joseph

您好、Joseph、

感谢您的回答。

遗憾的是、我们无法看到故障时的 Vout 是什么。  

关于我们的降压电路和用于控制它的外部电路：

控制降压输出电压的外部电路基于 https://www.ti.com/lit/an/slyt777/slyt777.pdf 应用手册：直流/直流转换器的输出电压调节方法。

该电路中 NPN 晶体管的电压也为5V、微控制器的 PWM 电压为0 - 3.3V。  

反馈引脚上的电阻值基于应用中的公式1：V、DAC 为0V - 5V、输出电压范围为0.8V 至8.4V。 我们的电路输入电压为8.4V。 我们在降压转换器中获得8.4V 输出电压的唯一时间是输入电压高于8.4V。

关于我们系统中的降压电路的另一个注意事项是、在同一 PCBA 上有两个完全相同的电路。 两者共享相同的输入电压。 唯一的区别是可以单独控制每个降压转换器(使能和输出电压)、但在我们的程序中、我们同时控制两个降压转换器输出电压。 两个降压转换器的电压几乎都是精确的、但在故障期间、2个降压 IC 中只有1个短路。 在测试期间、这两个器件处于相同的条件(最大输出电压无负载)。  

 我们还有总共5个 PCBA、它们具有完全相同的电路、并且5个 PCBA 中只有2个具有单个降压故障(PCBA 上的2个降压 IC 中只有1个发生故障)。 但将所有5个参数都视为完全相同的情况、即控制电路设置为3.3V、从而使输出电压大约为8.4V。

我们在相同条件下(最大输出电压)测试了已知正常的电路板。 以下是我们发现的观察结果

OUTPUT 控制设置为3.3V、以实现最大输出电压

降压 IC 的输入电压- 8.4V

降压输出端的测量电压(继电器之前的电感器之后)- 8.39V

输出电压中的噪声/纹波- 70mV 峰值纹波电压

反馈电压- 0.694V

输出电压中的噪声/纹波- 14mV 峰值纹波电压。

您是否认为该问题仍然与超过 VOS (Vin + 0.3V)有关？ 您认为我们看到的问题是边缘案例吗？ 我们是否可以通过强制 VOS/Vout 大于0.3V 来复制此故障？  

仅当 您没有负载并转至 TPS62136降压转换器的100%占空比模式功能时才会发生此问题

考虑到我们所做的观察、是否有其他可能的故障原因？  

谢谢、

Deniel

您好、Joseph、

是的、两个 PCBA 的2选1 IC 故障都位于同一位置。 电路板上的布局与 TPS62136的 EV 电路板类似。 上的两个降压电路也具有类似的布局。 到目前为止、我们没有在电路的输出部分看到任何电压尖峰。 降压 IC 的 SW 引脚具有纹波电压尖峰。 是 SW 引脚连接到电路中的电感器后预期的电压尖峰。

我们将尝试重复失败条件、以查看是否有任何问题。  

我们还在5.5V 至8.4V 的输入电压下运行降压转换器。 反馈电阻器的最大输出电压为8.4V 的原因是、我们始终可以使输出电压接近输入电压(降压转换器的100%占空比模式)。 这样做是否有问题？ 如果将最大电压设置为高于输入电压、是否存在问题？  

谢谢、

Deniel

尊敬的 Deniel：

我的同事约瑟夫将在星期一给你答复！

BR

Zixu

您好、Joseph、

感谢您的回答。 我回顾了我们以前关于 TPS62136的 TI /问题后、发现我们去年也提出了一个类似的问题、即 Vout 大于最大 Vin。 我们被告知、自100%占空比模式以来、这应该是可以的。 但是、我们更改降压转换器输出电压的方法是通过 SS/TR 引脚、然后将其更改为外部电路、因为这也是他们在论坛中推荐的方法

这是论坛问题中的准确问答

"一. 当设定的 Vout 大于最大 Vin 时、这是芯片进入的适当条件吗？ 在这种情况下、输出电压等于输入电压、对吧？ 这是否会以任何方式对芯片施加压力？

这应该是好的。 由于您正在使用跟踪功能、因此 VFB 引脚电压将作为 VSS/TR 电压的函数进行调制。 当 VIN 和 VOUT 足够接近时、100%占空比模式最终将生效并保持内部 HS FET 导通。 此时、VOUT 值将为 VIN 减去内部 HSFET 和电感器 DCR 上的 IR 压降。 您可以在数据表的100%占空比运行部分中查看此内容。 "

以下是完整上下文中实际问题/帖子的链接：

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/986404/tps62136-using-ss-tr-pin-to-vary-output-voltage

我提出这一点的原因是为了澄清操作(Vin < set Vout)是否可以接受、或者您所指的是与我们在上面链接的问题/帖子中回答的问题不同的内容。 还是仅适用于控制输出电压的 SS/TR 引脚方法？

如果 发现使用了 Vin < SET Vout、这是否意味着降压 IC 内部短路的另一个原因？  

我们从去年发布的上一个问题中得到的答案中建立了降压转换器的整个运行。

将最大输出电压设置为8.45、并利用100%占空比在我们需要时始终获得接近 Vin 的输出电压(我们仍然可以控制它低于 Vin)  

谢谢、

Deniel

尊敬的 Deniel：

从 FB 引脚侧和 Vout>Vin 调整 Vout 设定点时、器件在技术上尝试将电压调节到高于 Vin (升压)。 尽管它达到了100%占空比限制、可防止 Vout 在稳定状态下上升到高于 Vin、但它不会采取任何措施来防止过冲低于 FB 引脚上设置的稳压电压( 在本例中为8.45Vmax)。  

基本上、设计 FB 引脚、使您依靠100%占空比来限制输出电压并不是最佳做法、因为在某些边缘情况下、Vout 会高于 Vin (负载阶跃、Vin 突然变化)。

可以使用连接到 Vin 上电阻分压器的 SS/TR 引脚来添加更多保护功能、这将使输出电压设定值随着 Vin 的下降而降低。 这样、您仍然可以使用 FB 引脚的手动控制、并使 SS/TR 引脚在 Vin 下降时提供保护。

除非您能够在发生故障时捕获波形、否则这在我看来是最有可能发生故障的原因、因为您只看到几个 IC 发生故障。

谢谢、

Joseph

您好、Joseph、

感谢您的回答。 我们感谢这些有关当 Vin 低于设定的最大 Vout 时可能产生的问题的详细说明/信息。 遗憾的是、我们在去年的前一个帖子中询问此测试案例时、这些信息不清楚。  

如果目标是防止在100%占空比模式下 Vin 小于 Vout 的情况、我想建议一种替代的权变措施、而无需使用 SS/TR 引脚、原因如下：

1.我们可能无法在 VIN 引脚和 SS/TR 引脚之间进行电阻分压器的电流 PCB 布局更改

2.我们确实希望避免使用 SS/TR 引脚来调节电压。 我们在上一个帖子/问题中也提出了类似的问题。 我们在原理图和其他应用手册中确实看到 SS/TR 主要用于排序和跟踪。 我们尚未看到在满载连接期间使用更改输出电压的任何应用。 此外、它还可以调节 FB 引脚电压、从而提供更宽的精度容差。  

问：以这种方式使用 TR 引脚作为一次侧输出电压调整是否合适？  在应用原理图中、我通常会看到 TR 引脚用于同步两 个 TPS6247或调整斜坡电压、但我看不到不将其用作可变输出控制引脚的明确原因。

答：是通常情况下、TR 引脚用于跟踪-您可以参阅以下应用手册： https://www.ti.com/lit/an/slva470a/slva470a.pdf 如果 FB 引脚上的电压低于其典型值0.7V、则输出电压精度可能具有比指定值更宽的容差。 我相信这在 EC 表中有具体说明。  通过反馈引脚进行裕量调节可避免 TR 和 FB 之间的增益额外误差。 但是、如果您有一个闭环系统、该系统监控实际输出电压、则应该可以。  

我们考虑的替代权变措施是通过在降压时监控输入电压并将 PWM 输入的最大占空比限制为可更改输出电压的外部电路、来限制降压转换器的实际输出。  

在当前设计中(参考上述 POST 中的电路)、Output_Control 从0%占空比变为100%占空比、并使降压转换器的输出从0.8V 变为8.4V。 通过软件程序、我们可以限制占空比、以便将输出电压设置为电流输入电压。 示例：使用8.4V 输入时、90%的占空比会将输出电压更改为7.56V、如果 Vin 降至7.56V VIN、我们仍然强制保持100%(或稍微降低)、从而将 Output_Control 占空比(通过软件)限制为仅90%(或稍低) 而不强制器件调节至高于电流输入电压。 随着输入电压随着时间的推移而降低、可设置的最大输出电压可能等于或略低于通过外部电路控制输出的输入电压。 解决方案与 SS/TR 引脚类似、无需使用该引脚。  

如前所述、除非 我们能够重现问题并在故障情况下查看波形、否则控制输出电压限制(Vout <或=至 Vin)可能是一种可能的解决方案。  

请告诉我这是否是一个很好的替代解决方法、或者是否还有一些问题可能会引入(设计方面)  

谢谢、

Deniel