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[参考译文] LMR33630:基于降压转换器的器件偶尔会灼伤

Guru**** 2394305 points
Other Parts Discussed in Thread: LMR33630

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/1031936/lmr33630-based-step-down-converter-burns-occasionally

器件型号:LMR33630

您好!

对于我们基于 LMR33630CDDAR 芯片设计的降压转换器问题、我非常感谢您的帮助。 该设计是根据 TI 的建议实现的、包括组件选择和 PCB 布局。 原理图和布局如下所示。

我们开发了一款具有集成 式 LMR33630CDDAR 降压转换器的器件。 它由24V 大电池供电、该电池也为其他电子产品供电。 整个器件的功耗高达2W、因此不应过载。  我们的客户目前安装了95台设备、 在过去8个月中、每天都在工作、没有任何问题、但在过去几个月中、有3台设备烧坏了。 在我们检查了这三项之后、我们意识到内置保险丝烧断。 当我们将保险丝短路以检查保险丝是否正常工作时、 LMR33630CDDAR 会像闪亮的星状一样被大量烟雾和光线灼伤。

您能否检查下面共享的设计并分享您的意见、了解导致此问题的原因。 通常可以 选择某些外部故障导致  LMR33630CDDAR 烧毁、但我不确定这一点、因为其他电子设备也会烧毁。

原理图:

顶层和底层布局(两层 PCB、所有组件均位于顶层):  

       

BOM:

指示符 封装 制造商编号
R1、R2 100K;1% 0603 RC0603FR-07100KL
R3 24K9;1% 0603

CR0603-FX-2492ELF

C0 100uF;V>=50V;Electrolit   EMZR500ADA101MF80G
C1 0.1uF;X7R;V>=25V 0603 06033C104KAT2A
C2 1uF;X7R;V>=25V 0603 C0603C105K3RACTU
C3、C4 4.7uF;X5R;V>=50V 0805 C2012X5R1H475K125AB
C5 未组装 0603  
C6、C7、C8、C9 22uF;X5R;V>=25V 1210. C1210C226K3PACTU
C12. 0.22uF;X7R;V>=50V 0603 C1608X7R1H224K080AB
U1 LMR33630CDDAR   LMR33630CDDAR
D4 肖特基;1.5A;40V;0.54V   MBRS1540T3G
F1 50V;1.5A 1206. 044001.5WR
L1 1.5uH;27A;2.5m Ω   7443330150

期待您的回复。

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    只是添加图片、它在燃烧后的样子。

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    您好 Ivan、

    感谢您分享受损器件的原理图、布局和照片。 您是否看到95台设备中有3台设备损坏?

    您在正常运行期间所需的输出电流是多少?

    输出端的组件 U2是什么?

    当您短接保险丝并观察到器件烧断时、您是否设法收集了任何示波器波形?  

    此致、

    Harrison Overrurf

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    哈里森、您好!

    是的、在95个月的时间里、我们有3个受损。 为了清楚、这三个引信都停止工作、没有任何明显的损坏、因为保险丝烧断。 保险丝被覆盖(短路)后、会像在图像上一样烧断。

    正常输出工作电流大约为250mA @ 5V 连续电流,峰值短至400mA @ 5V ( 每5分钟读取 RF 卡一次) 。

    5V 输出为两个3.3V 稳压器供电。 一个是 U2 (LDL1117S33R)、我不确定另一个是什么(我可以检查它是否重要)。  

    我在波形烧坏后没有收集波形。

    此致、

    Ivan Petrusevski

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    您好、Ivan、

    感谢您提供此信息。  

    我怀疑这种损坏可能是由连接电池时输入引脚上的过压事件引起的。 将输入电容器连接到器件 GND 的接地迹线并不理想、它会增加寄生电感、这可能会在电池连接时增加任何振铃。  

    您能否尝试使用外部电源而不是电池为器件供电、并观察器件是否熔断? 我怀疑、如果您使用外部电源开启器件、您可能能够捕获输入电压过冲的波形。 尝试打开电压较低的12V 电源、并在该输入电压波形的上升沿触发。  

    此致、

    Harrison Overrurf

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    哈里森、您好!

    我无法为这些95件供电。 对于使用外部电源的客户、这里的电池是唯一的选择、因为每个设备都在叉车上。  

    我确实使用12V 电源、24V 电源和24V 电池(LiPo、与客户的情况不同)对 LMR33630 Vin 和5V 输出进行了示波器测量。 结果显示在随附的文档中。

    e2e.ti.com/.../LMR33630-Vin-and-VCC_5F00_5V.docx 

    谢谢、

    Ivan Petrusevski

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    您好、Ivan、

    感谢您发送这些图像。  

    当器件导通时、似乎存在明显的输入电压尖峰。 布局可能需要改进、以便最大限度地减小此输入电压尖峰、尤其是输入电容器的接地连接。 该器件的 EVM 可在相同条件下进行测试、以确认布局导致了该尖峰。  请参阅数据表中提供的布局示例。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    哈里森、您好!

    感谢您的回复。

    我在输入端看到的尖峰不是那么大(紫色线)。 在输入为24V 的情况下、尖峰约为15V、在输入为12V 的情况下、尖峰为5V。  这些值是否很重要、会导致烧毁?

    我将检查数据表中的布局、但您能否指出我共享的布局、您建议更改哪种 GND 器件。 我没有 EVM、因此无法确认上面的测量值。  

    此致、

    Ivan Petrusevski

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    您好、Ivan、

    我同意显示的尖峰不够大、无法超过器件的绝对最大电压、但为输入和输出电容器充电所需的电流非常大。  

    取24V 锂聚合物电池盒中显示的输出电压波形。 输出电压峰值高达6V ~100ns、输出电容为88uF。 使用电容器电流的公式、i=C (dV/dt)我计算5280A 的电流来为电容器充电。 这可能是足够的电流、从而超出高侧 MOSFET 的安全工作区域。

    下面我圈出了我要讨论的 GND 平面。 请将其与数据表第34页上的建议布局进行比较。

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    哈里森、您好!

    感谢您的清晰描述。 我们一定会努力改进布局并与您分享。 这里的空间非常有限、因此我们无法直接遵循数据表建议。  如果这种方式会更好、您能否进行一般性检查? 在本例中、VIN 必须从顶层变为底层、再回到顶层。

    解决 GND 布局问题应有助于防止在加电时烧坏。 但我仍然不确定它是在加电时还是在正常运行期间停止工作。 我正在尝试从客户那里获取此信息。 是否有任何原因会导致它在正常运行中停止工作、而不是在上电时停止工作?  

    此致、

    Ivan Petrusevski

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    您好、Ivan、

    这种布局确实是 IC 输入引脚附近陶瓷电容器的改进、但我建议使用更大的覆铜来将 SW 引脚连接到电感器。 这是负载电流将流动的主要电源路径、因此您不想使用微小的迹线连接到电感器。 您是否考虑减小电感器的尺寸以节省空间?

    如果可能、我建议将 R1电阻器顺时针旋转90度、这样您就可以生成一个铜的多边形覆铜、从而将电解接地垫连接到器件的散热垫。 您仍然可以保留接地线迹、但添加额外的多边形有助于确保接地平面稳定。 或者、您可以将 R1电阻器放置在底层、实现相同的效果。  

    此时、我不确定是什么原因导致器件在正常运行期间停止工作。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    哈里森、您好!

    感谢您提出的有用建议。 确保覆铜 用于连接、包括旋转 R1。 我已经尝试过几个电感器、结果不是很好。 这是 TI 在某些文档中推荐的、它工作正常、因此我们不考虑将其更小、因为它需要很长的选择、测试和验证时间。 如果您有一些建议、请提供建议。

    生成新的布局板后、我将测量峰值并返回给您。

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    您好、Ivan、

    我目前没有推荐的替代电感器。  

    一旦您的新电路板推出、我们就会从那里开始。

    此致、

    Harrison Overrurf