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[参考译文] LMZ35003:LMZ35003烧断的可能原因

Guru**** 2384410 points
Other Parts Discussed in Thread: LMZ35003
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/978360/lmz35003-possible-causes-of-blown-lmz35003

器件型号:LMZ35003

您好!

我在由锂聚合物电池供电的15-50V 设计中使用 LMZ35003来控制12V LED 灯。 我已经构建了大约25个单元来测试其中4个故障中的 LMZ35003烧断。 在这些情况下、在 LMZ35003被移除后、电路的其余部分仍然正常工作。

对于每个熔断器件、LMZ35003的故障方式相同。 VIN 引脚、INH/UVLO 引脚和到 AGND 焊盘的路径烧坏了。 您可以在下图中看到对两个 LMZ35003封装的损坏。


LMZ35003根据数据表中提供的示例电路配置为12v 输出、输入范围为15-50V。



在所有 LMZ35003发生爆炸的情况下、都是在连接电源且负载电流消耗小于1A 时发生的。 由于在通电时发生故障、我怀疑浪涌电流是问题所在。 我在手头上的几个模块上连接到12节锂聚合物电池时测量了浪涌电流、并保持在安全限制范围内。 我测试过的模块中没有任何一个因连接电池而熔断。

我的产品用于高振动环境、因此我目前怀疑故障是由焊点断裂引起的。 我认为其中一个支持无源组件容易受到焊点断裂的影响、这会导致级联故障、从而烧毁 LMZ35003。 我的问题是、这种理论听起来是否可能存在、任何人都知道哪一个组件未能打开会导致 LMZ35003像它那样老化。

由于所有发生故障的 LMZ35003对 VIN 和 INH/UVLO 引脚的损坏相同、我相信断开的焊点位于 R11上(附件中的原理图)。 我认为、如果该电阻器断开、INH/UVLO 引脚将会看到电压过高、因此 LMZ35003将会失败。 您是否同意此假设?

我怀疑第二个组件是 C14。 如果该电容器已断开、则 LMZ35003将不再配置为慢速启动、并且浪涌电流将远高于正常值。

由于这些器件成本高昂、我不想通过试错来获得解决方案。 如果您能帮助我了解这些失败的原因、我们将不胜感激。

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    Matthew、

    图像未正确附加。 请附上图片和原理图、我将进行查看。

    我的第一个想法是 EOS。 如果 VIN 为15-50V、并且该器件的额定电压最大为50V、则没有太大的裕度来避免在50V 最大瞬态尖峰超过50V 时可能造成的损坏。 在加电期间和瞬态条件下检查示波器上的 VIN、确保电压不高于预期值。

    对于您的其他理论、我需要查看原理图以得出一种或另一种结论、但可能是的、由于 INH/UVLO 的额定电压仅为5V、因此如果您怀疑焊接接点断开、则怀疑这些电阻器存在问题。

    Sam

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    Sam、

    感谢你的答复。 我已重新附加照片。

    我按照您的要求测量了输入电压、我相信您正确地知道 EOS 是导致我看到的故障的原因。 下面是将完全充电的12S 锂聚合物电池连接到电路板时的输入电压捕获。 对于此测量、我将一个1欧姆电阻器与输入串联、将 CH1连接到电阻器的 PCB 侧、并将 CH2连接到电阻器的电池侧。 绘制的数学波形通过从 CH2中减去 CH1来跟踪 PCB 的电流消耗。

    您可以看到、电池侧的输入电压上升到65V、然后再下降到电池的49.2V。 我不完全了解导致这种情况的原因、但65V 是 LMZ35003针对浪涌电压允许的绝对最大电压、因此我预计任何更高的浪涌都会对 IC 造成损坏。

    您是否有任何关于如何防止像我捕获的浪涌一样发生的建议?

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    我能够重现故障。

    我将电池电压直接连接到 PCB 的输入端、这次 LMZ35003爆炸。 我仍在监控电压、因此能够捕获以下波形、显示故障期间的输入电压。

    在开始测试之前、对 PCB 上的所有焊点进行了检查、因此我不再怀疑焊点是否断裂。 此故障清楚地表明、在将充满电的电池连接到 PCB 期间、故障是由 EOS 引起的。

    接下来、我如何防止这些电压浪涌发生? 我的第一个想法是添加一些电路、以将输入浪涌限制在接近50V 的水平、但我目前不确定该电路的外观。

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    Matthew、

    这种过冲是由电池与 IC 之间连接的电感引起的。 高浪涌电流会在该环路的寄生电感中存储一些磁能、即使在 VIN 达到50V 后、该电感也会继续将电流推入 IC。 您可以通过添加更多输入电容来减少此过冲。 数据表建议使用10uF 陶瓷电容或22uF 非陶瓷电容。 我认为您应该将两个2.2uF 电容器增加到10uF、或者10uF 陶瓷电容器和22uF 电解电容器。 电解电容器中的 ESR 将抑制该过冲。

    否则、您可以在输入端添加软启动浪涌电流限制电路。

    Sam

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    Sam、

    感谢您的建议。 我会尝试一下、并报告结果。

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    Matthew、

    我还应该提到、您应该能够在没有连接 IC 的情况下测试这一点。 这将为您提供最坏情况下的结果、并防止测试期间出现任何不必要的错误。

    Sam

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    Sam、

    再次感谢您的建议。 这正是我计划在器件到达时测试设计的方式。 最好知道这将是最坏的情况。

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    Sam、

    我仅放置前端组件(D2、C13、C22、R10、R13)并测量电池连接时在 VIN 处看到的电压、从而测试了电路。 在下图中、CH1始终测量 VIN、CH2测量 VCC。

    我做的第一个测试是原始电路、以确认我之前看到的情况。 在电路中、除了上述监听之外、不使用任何其他元件进行此测量。

     

    我进行的下一项测试是分别将 C13和 C22替换为4.7uF 和10uF。 4.7uF 是我在设计中能够放置的最大电解电容、而不会改变布局。

    我注意到、在使用1欧姆串联电阻器进行测试以测量浪涌电流时、这些结果显示的 VIN 最大电压比我看到的要差得多。 因此、我重新添加了电阻器并得到了这些结果。

    下面的测量是在 VCC 和所有原始元件放置的情况下以1欧姆串联的电阻进行的。

    然后、我使用新的 C13和 C22值在电路上执行相同的测量。

    从这些结果中、我认为我的问题解决方案是添加一个与 VCC 串联的1 Ω 1W 电阻器、并 分别用4.7uF 和10uF 替换 C13和 C22。 此时我不确定的是与 VCC 串联的1欧姆电阻对 LM35003电压调节的影响。 我知道要考虑系统的 WC 电流消耗以及它如何影响串联电阻、但我不知道是否有其他影响阻止我使用串联电阻。

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    Matthew、

    我不清楚1欧姆电阻器的位置。 与 D2串联? VCC 走向何处?

    Sam

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    Sam、

    如下图所示、1欧姆电阻器与 D2串联(如您所料)。 VCC 连接到系统的输入电压。 正常使用时、VCC 为24-49.2V。

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    Matthew、

    有道理。 50V 器件上的49.2V 电池不会提供很大的裕度。 与我们讨论的这些必要预防措施相比、使用额定值更高的器件可能是更好的方法。

    1欧姆电阻将降低效率并将 VIN 上的电压降低1*IIN。 如果您的 VIN 接近 VOUT 电压、则这是一个问题。 如果您有脉冲负载、您可能还会看到一些纹波(IIN 在1欧姆以上变化将为您提供一个变化的 VIN)、但我不希望这会对正常运行产生太大影响。

    您还可以尝试使用0.5欧姆或0.1欧姆。 它们也可能起作用。

    但我的最终建议是使用具有更大 VIN 裕度的器件。

    Sam

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    Sam、

    感谢您的支持和提供的所有建议。

    我将在下一版布局中查找具有较高输入电压额定值的器件。 现在、为了缓解我手头上的单元上的过压尖峰、我将添加串联电阻器。 对于串联电阻值、我将使用可产生安全最大输入电压的最低值。

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    Matthew、

    听起来不错!

    Sam