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[参考译文] TPS2816:使用几个月后、在现场出现3个(共70个)故障。

Guru**** 2507585 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS2816

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/994914/tps2816-3-out-of-70-fail-in-the-field-after-a-few-months-of-use

器件型号:TPS2816

我们使用 TPS2816DBV 在 H 桥驱动器电路的每个低侧驱动一个大 NFET。
我在下面附上了"打开"半部分的原理图和 PCB 布局图。 "关闭"半部分是相同的。

问题:
一切似乎都正常、但在使用一段时间后、我们有几个 TPS2816DBV 无法正常工作。
我们有3个 TPS2816DBV 发生故障、其中大约70个器件目前在售予客户并在现场工作。 这是我们4个月前发布的新产品。
在原型设计和开发过程中、我们还发生了1次其他 TPS2816DBV 故障、但当时我们假设它是静态 zap 或其他一些无意错误。

我们的设计:
我们不使用 PWM。 我们通过将 IN 引脚拉至 GND (利用 TPS2816的内部上拉)来激活 TPS2816。
它在1秒到数天之间的任何时间内保持激活状态、然后我们释放 IN 引脚以停用、该引脚也持续1秒到数天。 但是、典型的周期时间介于5秒和15分钟之间。
我们的产品设计为在10V-35V 电压范围内工作(在 Vdd 引脚上)、但实际上、我们的大多数应用都是24V-30V 电压、这是发生故障的地方。
H 桥控制着一个直流有刷电机。 我们的驱动器大小适合电流高达15安培的电机、但这并不常见。
我们的大多数应用都是采用满载电流为0.7安培的24V 电机的、这就是发生这些故障的地方。
H 桥输出使用4个较大的15安肖特基二极管钳位到电源轨、而电源轨由一个较大的33V 3000Wpeak TVS 钳位。

观察结果:
发生故障后、我们观察到 TPS2816上的电压(所有测量均以 GND 为基准):
VCC (稳压输出)为零伏。
工作单元上的电压通常约为11V。
IN 引脚为零电压、即使未被下拉以激活也是如此。
工作单元上的电压通常约为11V。 不过、我怀疑这与缺少 Vcc 稳压输出有关。
OUT 引脚为零伏。
Vdd 引脚为24V。

解决方案:
更换 TPS2816DBV 可使器件恢复到工作状态。
我们没有更换 Vcc 稳压输出上的4.7uF/25V 钽电容器。

问题:
我们是否正确使用了 TPS2816DBV?
您过去是否曾遇到过这样的问题?
如果您对导致这些故障的原因有任何看法、可以建议对我们的电路进行任何更改以缓解该问题吗?

  • 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。

    您好!

    感谢您的联系。

    您能描述一下故障模式吗? 如果可能、您能否在无法了解故障的原因的 IC 引脚周围共享阻抗?

    如果可用、您能否在"正常条件"期间共享 IC 引脚周围的波形、我需要确认 IC 周围的所有信号均处于建议的工作条件下。

    电路中是否存在任何其他损坏的元件? MOSFET 等...

    使用我们的驱动器时、我们通常建议使用一些栅极电阻以及两个分别在每个电源引脚上具有低 ESR 值的并联去耦电容器。

    谢谢。

    -Mamadou

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    您好、Mamadou、

    我的回答以蓝色显示。

    您能描述一下故障模式吗? 如果可能、您能否在无法了解故障的原因的 IC 引脚周围共享阻抗?
    我将仔细检查阻抗。 我测量了它们、但没有做好的记录。
    但是、正如我在问题中所说的、故障模式是:
    发生故障后、我们观察到 TPS2816上的电压(所有测量均以 GND 为基准):
     VCC (稳压输出)为零伏。
      工作单元上的电压通常约为11V。
     IN 引脚为零电压、即使未被下拉以激活也是如此。
      工作单元上的电压通常约为11V。 不过、我怀疑这与缺少 Vcc 稳压输出有关。
     OUT 引脚为零伏。
     Vdd 引脚为24V。

    如果可用、您能否在"正常条件"期间共享 IC 引脚周围的波形、我需要确认 IC 周围的所有信号均处于建议的工作条件下。
    在我再次添加示波器后、我必须返回给您。
    但请参阅上文、了解正常和故障 TPS2816的测量电压。

    电路中是否存在任何其他损坏的元件? MOSFET 等...
    正如我在问题中所说的,不 TPS2816的替换在目前为止的3种情况下恢复了功能。
    但是、还有另一个故障(这是第4个故障、发生在销售前的内部测试中)、
    其中大 NFET 内部短路(RGS 和 RDS 都约为零欧姆)。 TPS2816过热和烧坏。
    我无法判断故障是由 TPS2816启动(导致 NFET 损坏)、还是原始故障是 TPS2816 (导致 NFET 失效)、因此我在原始问题中未包含这一点。

    使用我们的驱动器时、我们通常建议使用一些栅极电阻以及两个分别在每个电源引脚上具有低 ESR 值的并联去耦电容器。
    这不是您的 TPS2816数据表所建议的(我们遵循的内容):
     从第14页开始:当驱动器输出路径长于大约2英寸时、应在栅极驱动器尽可能靠近 MOSFET 的位置串联一个10欧姆范围的电阻器。
     从第15页 µF:当使用板载串联稳压器时、建议使用4.7 μ F 或更大的电解输出电容器。 µF 不需要、稳压器输入端的0.1 μ F 陶瓷电容器有助于抑制瞬态电流。
    您是否认为这是导致故障的原因?

    此致、

    加斯

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    您好!

    阻抗检查有助于了解输出级或输入级(FET)或其他内部元件是否可能损坏。 0V 导通 OUT 或 IN 可能意味着稳压器被烧断或施密特触发。 如果在阻抗检查期间 OUT 短接至 GND、我们可能会将其跟踪回 VCC 上的过流和/或过压、从而使我们能够专注于栅极驱动部分的该部分进行调试。

    电源上缺少足够的电容可能会导致电源不稳定并使 IC 暴露在过压条件下。 如果电源上没有限流电阻器、任何浪涌也可能导致 VCC 上出现较大的浪涌电流、从而损坏输出级 FET 和/或内部稳压器。 0.1uF 可能不足以稳定 VDD、而从原理图中可以看到 Vbatt 似乎 直接偏置 VDD 引脚。

    此致、

    -Mamadou  

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    您好、Mamadou、

    以下是我的阻抗测量值(以及我认为可能有用的二极管测试)。
    这些测量是使用 Fluke 189 DMM 在小心从 PCB 上解焊的故障 TPS2816上进行的。

    从2020-12-19起、TPS2816出现故障
    IC 标记:PAAI
    输入 GND:8.6mhom
    OUT-GND:11.5m Ω
    VCC-GND:7.3m Ω
    VDD-GND:13.9m Ω
    VDD-VCC:17.1m Ω
    VCC-VDD:7.3m Ω
    二极管测试、(VCC+、VDD-):O/L
    二极管测试、(VDD+、VCC-):O/L

    然后、我检查了一个新的 TPS2816、也标记了 PAAI:
    IN 接地:8.7m Ω
    OUT-GND:11.6m Ω
    VCC-GND:7.3mWh
    VDD-GND:7.3m Ω
    VDD-VCC:3.8m Ω
    VCC-VDD:1.8m Ω
    二极管测试、(VCC+、VDD-):0.60V
    二极管测试、(VDD+、VCC-):1.29V

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    您好、Garth、

    感谢您提供详细信息。

    基于最新信息的评论/意见很少:

    根据故障和正常装置上 OUT 和 GND 上相似的阻抗、输出级 FET 看起来完好无损。

    主要差异似乎在 VDD_VCC 附近、该 VCC 指向内部稳压器。 正如您在初始线程中指出的那样、VCC 上的0V 似乎表示稳压器周围发生损坏、这说明了输入级也不是高电平的原因、因为 VCC 也偏置 IC 的该侧。

    稳压器损坏可能与 EOS 事件(通过 VDD 的大浪涌电流或电源线路上的瞬态)有关。

    常见的缓解技术包括稳压器和外部电池之间的电流限制抵制、以抑制来自 Vbat 的任何瞬态过压和浪涌电流、以及 VDD >=1uF 上的第二个去耦电容器以及现有的0.1uF。

    此致、

    -Mamadou  

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    您好、Mamadou、

    TI 是否在 TPS2816上具有 VDD 允许的最大浪涌电流规格?
    我需要一个我们可以设计的目标、并进行测量以验证我们是否满足要求。

    根据我的测量结果、从 VDD 到 VCC 的内部二极管似乎开路。
    这是否还会导致浪涌过流?

    谢谢、
    加斯

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    您好、Garth、

    二极管上的开路测量可能表明结温升高、原因是二极管结点可能发生 EOS 事件、从而损坏二极管和稳压器。

    我尚未找到有关该驱动器的特定浪涌电流指南、但除了更新电容器外、我还建议串联几个欧姆(2至4欧姆)、以查看是否有任何改进。

    此致、

    -Mamadou

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    您好、Mamadou、

    我们目前正在一批电路板上运行加速的加电/断电周期、以尝试在已知条件下重现故障。 这是为了测试为 Vcc 上的4.7uF 充电的浪涌电流是否会导致损坏。

    一旦我们重现了问题、我们就可以测试推荐的解决方案。

    谢谢、

    加斯

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    感谢 Garth 的更新。

    如有其他问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou  

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    我们现在能够重现问题。 它需要大约30、000至50、000个通电/断电周期、输入电压为30V。

    我们现在将测试添加的输入电容和输入电阻是否能够解决该问题。

    以前没有人遇到过这个问题吗? 我们的实施方案直接复制自 TPS2816数据表、50、000个功率周期并不多。

    谢谢、

    加斯

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    加斯、

    我不知道其他类似的问题、但我们建议您使用上述建议、了解我们最新的驱动器、以确保正常运行、从而限制大浪涌电流和其他瞬态。

    添加的电阻将抑制任何瞬态、而添加的去耦电容器将有效地帮助滤除电源上的噪声。

    如有其他问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou

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    我们将继续进行测试、当我们必须延长每个功率周期的时间以允许新添加的输入电容完全耗尽时、测试会减慢。 我将告诉您结果如何。

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    您好!

    我们的办公室因美国阵亡将士纪念日假期关闭。 我的同事将在周中回来。 感谢您的耐心!

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    您好、Garth、

    如果您有其他问题、请告知我们。

    同时、我将把这个线程标记为"已解析"。

    谢谢。

    -Mamadou

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    最终、我们通过重新设计和消除 TPS2816来解决该问题。 这是唯一存在此问题的器件(我们使用多个其他 TI 器件、例如 uC 和运算放大器、它们都运行完美)、尽管在有限的测试中添加额外的电容和电阻似乎可以解决此问题、但在大型部署中我们无法信任它。