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[参考译文] BQ76200:MOSFET 在短路测试期间出现故障

Guru**** 607075 points
Other Parts Discussed in Thread: BQ78350, BQ76200, BQ76940, TIDA-00792
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/1124262/bq76200-mosfet-failed-during-short-circuit-test

器件型号:BQ76200
主题中讨论的其他器件:BQ78350BQ76940TIDA-00792

您好!  

我们正在测试我们的设计。 测试期间硬件失败。 电池组上的受控短路测试期间、一个(两个中的一个) MOSFET 出现故障。 栅极、源极和漏极都短接在一起。  

我们 使用两个并联的 NVMFS6H824NT1G (Q4和 Q5)。 移除损坏的 MOSFET (Q4)后、我们可以再次控制输出、因此 BQ76200看起来不会损坏。 我们将 BQ76200与 BQ76940和 BQ78350结合使用。 这是我们使用的配置文件: https://jasa8.dyndns.org/s/WtfRwn59DjbqS39 

可能过流会使 MOSFET 死机、但我想他们应该能够为 µs 的几个猎头处理它? 我们的超时是长还是应该降低 treshold? 或者问题是否与其他问题相关?

此致、

1月

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    您好、Jan、

    我无法确定是什么导致了您的情况下的 FET 损坏、但此主题可能有助于帮助您进行调试: https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1054353/faq-bq769142-mosfet-short-after-short-circuit-test---voltage-now-always-on/3900591#3900591

    该主题适用于同样使用高侧 FET 驱动器的其他器件、但建议仍然适用于这种情况。

    此致、

    Matt

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    您好、Matt、

    这个帖子非常有用! 我确实有一些后续问题、我们已略微修改了电路(=>将 R76更新为2kOhm)。 由于我们注意到过载测试(40A)期间的转速出现高达100V 的高尖峰、因此增加电阻可提供更好的关断曲线。 我们测试了高达65A 的电流。 您可以在此处看到结果:

    深蓝色:电池电压

    浅蓝色:电流(感应电阻器上的电阻为1m Ω)

    紫色:栅极电压

    黄色(主要位于深蓝色后面):电池组输出电压

    但是、在使用该设置测试短路时、MOSFET 会发生故障。

    黄色信号似乎表示 MOSFET 正在关闭、因为电池组末端附近的电压正在下降、但随后再次上升至18V。 您是否对导致此问题的原因有任何见解? MOSFET 在短路状态下发生故障。 我在漏极上看不到高电压尖峰。  

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我在原理图中注意到的另一件事是 PACK 引脚电容器过大-应该为0.01uF。 请参阅本应用报告(https://www.ti.com/lit/an/slua794/slua794.pdf )中的图16和17,了解此电容器尺寸的影响。 在许多情况下、这可能会导致 FET 损坏。

    此致、

    Matt

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    我明白了。

    但增加电阻也会减慢关断速度。 我必须这样做才能避免雪崩效应。

    此致、

    1月

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    您好、Matt、

    我做了更多的测试。  

    我再次降低了电阻、并进行了更多测量。

    高达80A 的保护工作电流(AOLD 和 ASCD)。  

    在78A 进行 AOLD 测试。  (颜色与之前相同=>通过电路的电流接近100A)。 结果与以前没有太大不同、但在短时间内、负电流流动(在关断结束时)。

     

    在56A 和70µs Ω 条件下进行 ASCD 测试。

    测试真实短路=>阻尼现在稍好一些(振荡更少)、您可以看到短路电流下降(浅蓝色=>与之前的帖子不同刻度、因此信息可能已经丢失)。 但在突然的时候、它失败了。

     

    放大下降电流:

    您可以在这里看到电流突然下降到-70A、这是由于 MOSFET 发生故障后的电感效应吗?

    明天、我可以使用较小的电容器进行测试(在浏览数据表时必须是一个读取错误)。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我期待看到使用较小电容器时的结果。 希望这对您有所帮助。 我不确定导致电流突然下降的原因、我想知道电池组电压瞬变是否更大且更快、并且未在示波器上捕获。  

    Matt

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    您好、Matt、

    可能未捕获电压瞬态。 我在之前的一次尝试中看到过这样的电压峰值、但该电压峰值比此尝试早出现了故障。

    1月

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    您好、Matt、

    我完成了两项新测试:

    一个带有推荐电容器

    一个具有推荐电容器、4个 MOSFET 并联、而不是两个。

    两项测试均失败、但现在的关闭时间更快。

    我只有第二个 ASCD 测试的图像。

    这是其中一个 MOSFET 发生故障的时刻。

    我还做了一些其他的 AOLD 测试、您可以看到电流检测上有很多噪声(也可以在电池组输出上看到)。

    高达100A 的 AOLD 测试没有问题、但 ASCD 不工作(ISC 约为600A。

    您是否有任何其他建议来检查、测量... 我应该有更多 MOSFET 吗? 不过、我认为4个应该足够了...

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    您能告诉我您正在使用的 FET 的器件型号吗?

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    您好、Matt、

    我已经测试了这种类型:

    NVMFS6H824NT1G

    通常为2并联。

    此致、

    1月

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    我还注意到电池组输出电压(MOSFET 的输出略微为负):

    在第二张图片中、我添加了一条线来指示零。 (-2和-4V 之间)

    或者、您是否认为我没有掌握 MOSFET 出现故障的时刻。

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    您好、Jan、

    我不确定。 我刚刚浏览了 FET 配置应用报告(图13和图17)作为参考点、也查看了 TIDA-00792。 我无法判断您是否正在捕捉 FET 出现故障的时刻。 以下是指向报告的链接: https://www.ti.com/lit/an/slva729a/slva729a.pdf 

    我还查看了 FET 数据表、似乎您非常接近 FET 在此时间段内的最大电流。 电荷泵电容器可能需要更大、以实现更多并联 FET (请参阅应用报告的第6节以获取指导)、但我认为这会是电荷泵导通时间的问题、不一定是关断。

    可能会提供一些想法或线索的其他过去主题:

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/674611/bq76200-discharge-mosfet-m7-m11-are-damaged-when-do-short-circuit-with-bq76200

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/796073/bq76200-bq76200-scd-mos-short

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/892853/bq76200-fail-to-pass-the-short-circuit-test

    更换损坏的 FET 时、是否还更换了 BQ76200 IC 以防其损坏?

    此致、

    Matt

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    您好、Matt、

    我将再次进行测试、但可能需要一周时间。 500µs 4个 MOSFET、我们通常可以连续切换高达400A 的电流(我们没有这么大的冷却电流)、但我认为 Ω 的600A 不应该是问题、对吧? 目前、我使用70µs μ s 延迟(22A ASCD 电流)。 200µS、预计的关断时间应该大约为150 μ s? 或者它需要更长时间、因为我们的测试显然失败了。 我可以使用6个 MOSFET 构建测试设置、还是您认为我们需要更多?

    我同意、电荷泵电容器更多地用于导通时间。

    否、我没有更换 BQ76200、它可能已损坏。 但是、它的反应似乎很好、高达100A 的 AOLD 电流不是问题。

    我将了解这些线程。

    此致、

    1月

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    您好、Matt、

    我已将电荷泵电容器增加到940nF、我的类型 MOSFET 为2.5nF、我已用于此测试8个 MOSFET (在精装 PCB 上、但仍然非常接近 BMS PCB ~3cm、因此应该可以)。 8个 MOSFET 应该足够用于短路测试。 但测试仍然失败。

    ASCD = 67mV (/A)、70µs Ω;总 ISCD =~600A。

    我注意到关断时间有点慢、但我认为这不是那么剧烈? 我不知道为什么它在~230µs 之后失败了。 之前的 SCD 测试比之前(~160µs)的测试稍快一点失败。

    此时我不知道这可能是什么原因。 我是否可以通过某种方式获得其他支持来解决此问题?

    我对 ASCD 67A 70µs 进行了一次成功的测试、该测试具有受控负载和120A-150A 的放电流、测试成功:

    此致、

    1月

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    嗨、Jan、

    Matt 还没有上班、直到明天。 然后将恢复支持。

    谢谢、
    Caleb

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    您好、Jan、

    我对这款器件并不是很熟悉、但在 Matt 回来之前、我快速看了一下(这是一条很长的线程、所以我没有消化全部)。  在 FET 熔断之前、该最终级的热负载似乎过高-电流仍然无法快速归零、但 DSG FET 上的 VDS (30V+)大于50us、可能会超过 FET SOA。  从数据表 SOA 图中可以看出、FET 在10us 下处理20A 电流以及30V VDS。

    我收集的黄色=PACK+、对吧?  因此、当 PACK+变为负值时、即使 DSG 栅极为~0V、您也有足够的 Vgs 来保持显著的电流流动。  您的短路是将 PACK+拉向 PACK-、由于感应电阻器上的压降、该值约为-200mV、但似乎 PACK+远低于该值、可能低于 GND 几伏。  它在负电压时看起来也相当稳定、而不像感应瞬态、因此我想知道当电流如此高时、某些走线或导线是否会产生 IR 压降。  您还可以查看示波器接地的连接位置、确保不会由于其位置而错过一些压降。

    谢谢、

    Terry

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    您好、Terry、

    黄色= P+

    紫色=栅极放电(在滤波器之前)

    深蓝色= B+

    蓝色= VSense

    GND 探头连接到 Vsense (B-)而非 P-。

    您可以在右上方看到感应电阻器、在右下方看到高侧开关。 电源布线应尽可能短。 但对于测试设置、电池 b-和 b+都具有20cm 的长度(BMS =>电池组和 BMS 的导线分开)。 目前我没有测试设置的照片。

    默认情况下、PCB 具有2个 MOSFET。 负载(短路)连接到螺纹接线端子(也包括一些导线)。 确实可能会发生压降。 我必须更详细地检查结果。 但这里有一些照片可以让您了解布局。

    此致、

    1月

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    您好、Terry 和 Matt、

    我已经拍摄了一些我的设置图片(请参阅下面以及我的帖子末尾的内容):

    如您所见、接地线夹连接到 BMS 上的 B-上、而连接到 P- A 探针上、以测量检测电阻器上的电压。 在左侧(螺柱)是 P+、则有空间容纳一些 MOSFET。 但是、为了测试更高电流的设置、我添加了一个外部板。 然后是 B+。 BMS 之间的导线接近20cm 和2.5mm² Ω、仅用于轻松更换 SC 测试中损坏的元件。

    P+上确实存在2-3V 的负电压。 但我不能确定负电压的原因是什么。  

    过载电流为120A (保护设置为33A、320ms)的测试用例。

    黄色是 P+(放大后)、您可以看到、即使在这种情况下也存在负电压。 (淡蓝色上的噪音并不总是存在)。

    我还测量了从 B- BMS (GND 夹)到 B-电池组(探针)的导线的压降

    在过载期间、它按预期为负(600mV)、但在关断时、这会峰值为正值... 这也是我在 P+变为负时看到的吗? 这是否与我在测试设置中使用的导线有关?

    已执行测量的设置:

    我的设置的一些其他照片:

    我还没有完成新的 SC 测试、因为我正在尝试更清楚地了解负 P+电压。 因为它看起来与地形有关。 栅极激励电压为2-3V、这可能会增加截止时间。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    P+上的负电压真的很奇怪。 我想知道您能否分享电路底部的原理图-我希望负电池端子通过您的感应电阻连接到 P-? 我认为感应电阻器位于第二个电路板上、对吧?

    您如何造成短路情况-这是使用电子负载还是某种类型的开关? 负载是否可能具有大电感?

    长导线肯定会导致短路测试问题、但我们无法解释您看到的这种确切行为。  

    此致、

    Matt

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    您好、Matt、

    PDF 中包含 AFE 和高侧驱动器的原理图。

    e2e.ti.com/.../1524.AFE.pdf

    e2e.ti.com/.../AFC.pdf

    绿色 PCB 的右侧是感应电路和 BQ76940 IC。 左侧是 BQ76200 (高侧驱动器)、它们之间的距离很远、但通过这种方式、感测电阻可能靠近负极端子、开关 MOSFET 靠近正极端子、从而限制 BMS 本身上的电源迹线数量。

    我对同一器件执行两种测试。 过载电流测试(最高可配置为120A)、我认为这是直流电子负载。 另一个是短路、听起来像是开关关闭。 器件的文档不是很清楚、但我将再看一下。 电池到 BMS 的导线大约为20cm。 从 BMS 到测试设备的距离更长、但我不知道多少(我无法检查内部)、但它很容易达到50厘米或更多。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我注意到、在1524.AFE.pdf 原理图中、SRP 和 SRN 引脚缺少滤波电阻器。 我认为这不会导致您直接看到的问题、但最好在这些引脚上放置滤波器、以避免错误触发保护和准确的库仑计数。  

    我怀疑您的设置中的长导线可能会导致我们在示波器捕获中看到的一些奇怪现象。 最好优化测试设置、将电线长度保持在最小值。 示波器探针接地也与其他接地端相连接。 差分探头可能对某些信号有所帮助。 我想知道直流电子负载上是否存在可能也会影响测试的大电感。

    此致、

    Matt

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    您好、Matt、

    正如在电池组介于-2V 和-5V 之间之前所注意到的(对于 SC)。 但 DSG 引脚需要一段时间才能达到0V。 这意味着 Vgs 接近4V。  

    (紫色= Vdsg、黄色= P+、浅蓝色= P-/电流感测)

    在本例中、深蓝色线是在靠近 BQ76200的位置测得的 GND。 当触发发生时、它具有(-) 1V 峰值的纹波。  

     

    我想知道这是否有助于... 然而、DSG 引脚至少应该下降至0V、而无需这个电路的帮助。

    但是、根据我的计算、如果我假设 D7上的压降接近0.4V 且 Vgsth 为1.4V、那么我至少需要-1.8V 的负电压。 它位于边缘。 您是否有 改进建议?

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我需要更仔细地研究这一点。 您知道您的负载有多大的电感吗? 您是否使用更短的连接尝试过测试-长导线会产生大量电感。

    Matt

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    您好、Matt、  

    我已经完成了更多的测试。

    1)我已经使用了不同的 MOSFET、这是一次成功(使用4个、3个和2个 MOSFET 进行了测试): AOB290L (请参阅下面的屏幕提示)。 我可以注意到、原始 MOSFET 和这两者之间的主要差异是、其类型具有更好的 SOA (安全工作区)和稍高的 Vgs (th)。

    2) 2)我再次使用原始 MOSFET (8个并联)进行了测试、并在此处添加了一个发电机二极管:

    使栅极电压更接近 P+(当它变为负值时)。 由于某种原因、此设置有效、但我无法测量栅极电压的大差异(请参阅下面的屏幕截图):

    在第一个屏幕截图中、深蓝色探针是 B+电压、紫色探针是铁氧体磁珠的栅极电压。

    在上一个屏幕截图中、深蓝色探针是铁氧体磁珠的栅极电压、紫色探针是生成二极管之前的栅极电压。

    我本来希望深蓝色线和黄色线会更近一些、但仍然是2到4V 的距离。 但不知怎么说、该设置可以正常工作。

    以下是 MOSFET 发生故障的前几次测量的两个屏幕截图:

    我想、通过添加发电机二极管、我已经改变了一些东西、但不完全是我想要改变的、但不知怎么说、它是可行的。

    我可以得出这样的结论:

    1)其他 MOSFET 可能会承受、因为它们具有更高的 SOA 曲线和更高的 Vgsth、并且需要更高的(更大的负电压才能导通)

    2) 2)篡改栅极信号后、我稍微改变了原始 MOSFET 上的 Vgsth、使其保持更好的关断状态。

    3) 3)因此、负电压可能是其杀死 MOSFET 的原因、因为它仍然导电一点。

    现在的问题是、我如何确保栅极遵循稍微负的电压、以便它将持续阻断电流。 因为我可能无法消除负电压。 您是否有关于如何强制它与 P+处于同一级别的建议?  

    我还需要尝试下面的电路、但我很担心、由于 P+ 只是轻微 的负值、因此这种情况的导通电压太大。

    来回答您有关短路测试仪的问题。 测试仪的文档非常有限、但它似乎是某种类型的大继电器、如果它发生故障、则继电器会在1秒后打开。 所有电感部件都只是来自电池组和测试仪的电缆。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我想知道您是否添加了齐纳二极管有效地增加了 DSG 引脚和 DSG 栅极之间的串联电阻、而这在这里可能是最有帮助的。  因此、我想知道仅仅增加 R76的值是否会同样有用。  电阻增加会减缓 FET 关断、从而减少瞬态、并导致系统电感的激励更少。  通常、您需要将关断调整为不会太快(由于电感效应)和不会太慢(以便 FET 以太慢的速度关闭、超过其热限制)。  我想知道、在 FET 关断速度太慢之前、您是否可以处理更大的电阻、您可能希望使用更大的 R 进行实验、看看它如何处理这些电阻、 或者对 FET 电容器和串联 R 进行一些手算、以查看其与 FET SOA 的匹配情况。  我想知道您是否能够处理高得多的 R、例如几千欧、并且仍然足够快。

    您可能接近它通过或失败的边缘、这就是具有更好 SOA 的独立 FET 的作用所在。

    的确、您的电线照片看起来太长了。  在我过去在工作台上进行的测试中、我必须多次将电池重新接线/焊接到电路板上、尽可能缩短接线、以最大程度地减小电感。

    谢谢、

    Terry

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    您好、Terry、

    我已经缩短了导线长度、以减少电感效应。 只要我确信 MOSFET 能够应对这种情况、BMS 就会直接安装在电池组上。

    我不认为我应该增加电阻。 我已经测试了我之前想要测试的电路。 从而使栅极更好地关断。  

    现在、它会破坏 SC (111A、100µs)。 关断时间现在约为15µs μ s。 但 BAT+上的电压现在浪涌高达80V、P+降至-30V。  

    我也用200A、100µs 测试过这个、但在这里它再次失败。 我认为关断时间现在很短、因为 MOSFET 的路径中没有电阻器、这会导致 MOSFET 快速关断。 但是、故障不是 MOSFET、而是二极管 D1爆炸、我的电源也发生了故障、为其他器件供电。 我不确定当 VP+降至0以下或由于电压尖峰、二极管是否会爆炸以消耗所有电流... 我认为电源由于电压尖峰而出现故障。 我将在该路径中添加一个电阻器、以稍微减慢关断序列。

    在进行此测试之前、我认为栅极不够低、不足以使其完全保持、从而降低了电感效应=>非常慢的关断。 但现在它很快关闭、从而导致电路的其他部分死亡。

    欢迎提出建议。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    尽量减少布线后、剩余的电感会出现在您的电子负载和电池本身中。  您可能会看到、如果这是电感的主要来源、您是否可以采用另一种方法在不使用相同负载的情况下进行短路。  然后、如果电池电感很高、您将需要降低 FET 的关断速度、以便在 FET 被禁用时不会在堆栈上出现过多过冲。  当关断速度过快时、堆栈将恢复得更高、并且高压可能会损坏连接到该节点的其他元件。

    谢谢、

    Terry

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    您好、Terry 、Matt、

    我认为我的问题已经解决

    我的结论(最重要的解决方案以粗体显示):

    - MOSFET 的 SOA 非常重要(如果您有一些电感效应、甚至会更重要)

    感应效应导致栅极略高于 VGS (TH)、但添加负保护电路可以部分抵消这一效应、这会在驱动为低电平时使栅极接近 VD+。

    -需要正确的过滤器盖

    如果您可以确认此电路适用于此应用、那就很好了(因为在应用手册中、此电路更突出以提供外部负电压保护、而在我的情况下、此负电压是短路和电感效应的原因)。

    我将在电池组和 BMS 之间没有导线的情况下执行一系列测试。 我稍后将发布结果、然后将其标记为已解决。

    此致、

    1月

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    您好、Jan、

    我认为该电路应该有助于防止您看到的负电压。

    此致、

    Matt