[参考译文] BQ24715：bq24715 + CSD17308：HS-FET 突然死亡

附录：故障 HS-FET 始终显示 D-S 短路。

尊敬的 Tilmann：

更换缺陷 HS-FET 会发生什么情况？ 充电控制器是否再次工作？

谢谢、

Mike Emanuel

在大多数情况下、只有 HS-FET 存在缺陷。 更换后、设备再次正常工作。

但是、在某些器件中、AC-FET 也有缺陷(例如 G-DS 严重泄漏)、我们还有一些缺陷 bq24715芯片。 我们假设这些是由已经短接的 HS-FET 导致的后续故障。

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

我们需要尝试找出缺陷的原因。 您能否运行电池的完整充电周期、记录电池电压、电池电流和系统电流？ 我想查看是否存在导致观察到的缺陷的特定电池电压。 您能否为多个不同的电路板运行此功能？

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Tilmann：

捕获输入电压也可能很有帮助。 总之、捕获电池电压、电池电流、系统电流和输入电压。

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Emanuel：

感谢您的建议。 我们已经采取了一些措施、但是为了加快速度、我们没有运行实际的电池充电周期-相反、我们使用两象限电源模拟了电池、因此能够在任何电池电压下检查系统行为。 遗憾的是、在本例中、我们在使用多个板进行的多次测试中未遇到单次故障。

当输入电压来自稳压电源时、捕获该电压将始终得到相同的值：24.0伏...

但是、今天我们在完全不同的情况下遇到了失败。 我们启动并初始化了一个全新的电路板。 为此、我们施加了输入电压(24V)、但当时未连接电池或任何其他负载。 我们通过 SWD 将引导加载程序编程到微控制器中、然后使用该引导加载程序刷写应用程序。 当应用程序在闪存过程完成后启动时、HS-FET 会死机。 没有负载(微控制器获取的极少 mA 电流除外)、整个单元处于冷态。 因此、在这种情况下、负载电流和温度不会成为问题。

当应用程序启动时、它使用我们在该应用中需要的设置初始化 bq24715's 寄存器。 以下是顺序：

寄存器0x12 = 0x8544 (WD 被禁用、min.freq。40kHz)。

2.寄存器0x14 = 0 (充电电流关闭)。

3.寄存器0x15 = 0x20D0 (最大充电电压8.4V)。

寄存器0x3F = 0x0500 (输入电流1.28A)。

之后、当应用运行时、我们会定期检查电池电压并根据它更改充电电流：

-高于8.2V、0x14 = 0 (充电关闭)；在7.9V 电压下重新启用、0x14 = 0x0200 (512mA)。

-低于5.7V、0x14 = 0x0080 (电流为128mA 时电荷减少)、在6.0V 时重新启用、0x14 = 0x0200 (512mA)。

向 bq24715发送寄存器写入只在转换时完成、而不是持续进行。

在我们刚刚经历的情况下、充电电流设置应该一直保持为零、因为如果没有电池、我们将获得前9.0V 的系统电压(bq24715默认值)、 然后是8.4V (初始化后)-这在高于8.2V 时非常安全、因此应用程序不会再次更改设置。

当然、我们当时没有记录 I2C 通信、也许下周我们应该记录、当我们尝试以这种方式重现故障时...

您是否认为这可能是由初始化序列引起的？

谢谢您、Tilemann

尊敬的 Tilmann：

我将在星期四结束前回来。

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Tilmann：

您的最小系统电压是多少(寄存器0x3E)？

我在 EVM 上看到该启动顺序没有问题。 我认为它与初始化序列无关

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike (请原谅我打电话给您 Emanuel)：

我们不更改0x3E 处最小系统电压寄存器的值、因此它应该(仍然)为6.144V

您未发现 EVM 有任何问题、这一点我并不感到意外。 请注意、故障很少出现、而且我们还不知道触发器的相关信息。 我们有许多板运行数周、部分运行数月、没有任何问题。 但是，突然之间，无论出于什么原因，人们都可能失败。 您的单个 EVM 的测试时间有限、无法提供统计上有用的信息...

但是、我们实验室中的最新故障、无电池且无负载、这证明它不是热问题、而且很可能也不是过流问题。

是否可能存在某种与 I2C 通信有关的"薄弱点"？ 根据 bq24715内部的过程、如果你在一个非常特殊的("弱")时刻访问某些寄存器、是否会有任何不需要的副作用？

此致、Tilmann

尊敬的 Mike：

350uA 规格与 SDA 的可选1.1kOhm 串联电阻器明确相关、因此这些电阻器仍符合所需的低电平电压。 它不是 SMBus 的通用规范。 实际上、bq24715的额定负载电流为5mA (！) 输出电压仍然为最大值 500mV、这是一个非常安全的"低电平"。 因此、我们的上拉电流小于1mA、非常符合规格。

此外、我认为这与 HSFET 故障无关。 由于我们只对寄存器进行写入操作、因此芯片需要驱动 SDA 的唯一时间是 ACK 位-请注意它是漏极开路、因此即使是(理论)过载也只会导致低电平电压增加、 但切勿在稳压器的功率级上销毁外部晶体管...

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

您能否捕获插件事件？ 请捕获输入电压、VCC、相位和输入电流。 我想查看插件事件以帮助进行调试。

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

我将在加电和断电时附上 bq24715信号的一些屏幕截图。

1 (黄色)=相位、 2 (绿色)= HIDRV、 3 (蓝色)= VCC、 4 (粉色)= LODRV。

我们没有在这些测量中捕获输入电流-但我怀疑由于输入电容器的原因、这会有任何帮助。

另外、请注意、在加电时、不会重现导致故障的情况。 我们和我们的客户执行了很多次循环通电而没有一次故障。 并且有报告的故障在正常运行时突然发生、没有任何外部触发事件。 在我们遇到单次上电故障后、我们唯一可以告诉您的是、故障发生不一定需要电池、系统负载或更高的温度。

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

您能否确认 HSFET 的故障(即其是否短路等)？

您发送给我的第一个波形的带宽限制为20MHz。 您能否重新捕获这些图像、但没有带宽限制？ 如果可以、请使用 Tip & Barrel 方法尽可能小地在接地引线和探头之间使用回路。

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

是的、失败总是一个 D-S 短语(请参阅我对我的第一个"答复"中的附录、因为我注意到我忘记在 OP 中提到这一点-您已经回答了这个问题)。

BW 限制是错误的、我们将采用新的屏幕截图。

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

明白了！ 期待您的拍摄！

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

这里我们是：

此致、Tilmann

尊敬的 Mike：

以下是添加了5欧姆栅极电阻器的一些测量结果：

此外、还有一个全新的布局修订版"R2"、改进了 EMC 行为、尤其是在辐射发射方面。 我们从一个接地层更改为三个接地层、并改进了 bq24715的 GND 连接。 以下是 R2屏幕截图、首先不使用栅极电阻器：

R2与额外的5欧姆栅极电阻器：

您是否真的认为这可以解释 HSFET 突然死亡的原因？

(在获得任何统计上有效的信息之前、我们需要对当前测试的所有100个器件进行补丁。 这是相当多的努力、也需要一些时间...)

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

这些看起来更好！ 在修改之前、您是否可以显示10欧姆栅极电阻器的结果、以便我也可以进行比较？ 我认为这是值得一看的！

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

虽然我同意这些"看起来更好"、但也有一些问题：

您是否真的认为这种振铃会导致 HS-FET 突然死亡？ 有时在加电时、有时在数小时、数天甚至数周完全正常运行后？ 没有任何热异常？ 确切的故障机制是什么？ (只是"看起来更糟"并不能解释失败。。。)

修订后的"R2" PCB 布局又如何呢？如果没有额外的栅极电阻器、则其波形与"r1"相似？ 在这里添加这些栅极电阻是否合理？ (R2将是未来的系列产品发布。)

当然、我们也可以尝试使用10欧姆的栅极电阻器、但今天不能... 请注意、添加栅极电阻器也有局限性：当我们尝试通过添加栅极电阻器来改善辐射发射时、我们发现、一旦我们将其增加到10欧姆以上、电路就不再工作了。 因此、这将非常接近运行限制、这不是系列生产的良好基础...

此致、Tilmann

尊敬的 Mike：

感谢您的解释。

"R2"布局得到了改进、尤其是与 bq24715的 GND 连接相关。 之前、我们被有故障的数据表和 EVM 手册困住、其中明确规定我们不要将 GND 引脚连接到外露焊盘... 您可以在这里看到前面的讨论： bq24715-high-inAcceptable 辐射 EMI 辐射欠载

因此、在该布局修订版之后、R2版本的振铃效果似乎不会比 R1好太多、这一点看起来很有趣。 即使使用栅极电阻器、LSFET 栅极振铃的振幅也不会显著降低。 如果我们增加更多的栅极电阻、则由于驱动器较弱且 LSFET 通过其米勒电容导通、我们将遇到更多问题...

今天晚上、我没有准备好设计文件。 我将在明天提供 R2修订版的一些布局信息。 当然、我们需要更仔细地查看这些信号...

谢谢、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

期待收到您的回复！

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

以下是新 R2板布局的系统电源部分视图(先是外层、然后是全部四层)：

您可以看到、主要变化是 bq24715的 GND 连接和现在使用三层作为接地层。 我们还在相位上添加了可选栅极电阻器和可选缓冲器。

我拍摄了一些具有更快范围的屏幕截图。 这些是使用 R2布局以及已装配的栅极电阻器(每个电阻器为5欧姆)获取的。

关断时的 LODRV：

导通时的相位：

人们仍然可以看到、相位的上升沿存在小干扰、这可能是因为 LSFET 正在再次导通...

这也可能是由相位的上升沿和 LSFET 的米勒电容导致的。 有趣的是、LODRV 信号首先非常平滑、但随后突然出现一些密集振铃... 因此、使用栅极电阻器甚至可能是错误的方向？

我们可以针对这一点做些什么呢？ 在当前布局中、您是否看到我们可以改进的任何细节？

此致、Tilmann

尊敬的 Mike：

另外两个屏幕截图... 这是处于相同负载下的 EVM LODRV：

这是我们 R2板的 LODRV、但现在 LSFET 没有栅极电阻器(我将电阻器保持在 HIDRV 以不增加 HS 导通速度)：

这优于5欧姆串联电阻、但仍比 EVM 略差。

此致、Tilmann

尊敬的 Tilmann：

我正在开始我的圣诞假期、将无法定期回答。

有关 GND 覆铜的一些建议：

在 EVM 布局中、REGN GND 与输入电容 GND 连接到同一 GND。 您似乎正在将 REGN GND 分区为 GND 引脚。 请遵循 EVM 布局。

2.我建议不要让接地岛覆铜棕色层。 您可以在不创建岛的情况下分离模拟 GND 和电源 GND。 请参阅 EVM 布局。

谢谢、

Mike Emanuel

尊敬的 Mike：

我对我们收到的矛盾的信息感到有点沮丧... 在另一个线程中、我恰好问 REGN 电容(C26)应连接到哪个接地端。 啊…… 文档应更加精确(并且一开始是正确的...) 解决方案。 作为开发人员、我确实需要知道哪个引脚承载着哪个电流。

也无法完全按照此处的 EVM 布局布线、因为这会在 PCB 底部填充一些器件、我们在这里无法做到这一点。 由于焊盘之间的距离比分立器件的放置距离更近、因此其中一些焊盘需要更长的布线或最终在其他地方... 在 EVM 中、REGN 电容器的 GND 连接位于接地端之间的电桥上、但这是不可能的。

此外、REGN 电压主要在 LSFET 导通时使用、但我们遇到的"米勒问题"是在 LSFET 关断后的那一刻。 此时、栅极驱动器需要做的就是将 LODRV 保持在接地电平-尽可能的硬。 为此、栅极电流需要流出 GND 和/或 EP (无论实际连接到何处、内部...) 具有最小杂散电感。 这显然是通过我们的当前布局实现的。

第3层中的"岛"仅仅是因为将 PGND 和 AGND 与三个接地层中的两个相连应该足够(请参阅第2层和第4层中的电桥)。 实际上、第3层只会在此处添加边缘铜、除非我们将两个接地端之间的桥宽得多。

但是、即使 EVM 在 LODRV 处也会显示几乎相同的振铃量。 那么、无论如何、这可能不能再得到进一步改善了吗？

谢谢大家、Tilmann、祝大家圣诞节快乐！

尊敬的 Mike：

当仔细观察时、我只注意到 EVM 向 LODRV 添加了另一个470pF (C24)、实际上、LSFET 的输入电容几乎翻了一番。 嗯、这当然会减少米勒先生在相位上升沿引起的电压尖峰。 数据表中没有提到该电容器、由于 EVM 的其他一些器件是可选的、并且未进行组装、因此我之前忽略了这一点。

我们也可以尝试在 LODRV 处添加一个小电容。 并最终寻找具有较小 D-G 电容的替代 LSFET 类型-您怎么看？

此致、Tilmann

尊敬的 Mike：

我并不感到沮丧的是，解决这一问题需要重复。 令我感到困惑的是现有文件中提供的不一致和部分矛盾的或纯粹的错误信息。 这些文件中的信息的精确性和正确性应该得到真正的改进。 这也可以避免许多迭代步骤...

此外、非常感谢您的帮助、我非常感谢您的帮助。

在寻找替代 LS FET 时、您能否提供任何建议？ 我已经搜索了一段时间、但没有真正有希望的结果...

此致、谢谢、祝您2022年一切顺利！

Tilmann

尊敬的 Mike：

是的、这就是标准。 但是、如前所述、我已经花了相当多的时间寻找在这种情况下可能"更好"的 FET -而没有找到任何 FET。 也许您可以获得更多具体信息并提供器件型号以供查看？

由于这是圣诞节/新年后的第二个工作日、我们尚未使用额外的栅极电容器进行测量。 此外、我宁愿努力消除问题的原因、而不是对抗症状... 一个"更好"的 FET 是更好的解决方案、并且还避免了 bq24715内的(显然太弱) LS 栅极驱动器产生额外负载。

那么、请注意、在这里、哪些其他 FET 可以被视为"更好"？ (阈值较高，但5V 时 Rdson 仍然较低；电容可能较低，但 VDS 仍然>=30V；封装的尺寸范围相同，热等效；...)

谢谢、此致、

Tilmann