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[参考译文] 部件故障

Guru**** 1821780 points
Other Parts Discussed in Thread: LMZ31707, LMZ31704
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/840159/part-failure

器件型号:LMZ31707
主题中讨论的其他器件: LMZ31704

您好!

我们的设计中的 LMZ31707最近遇到了3个灾难性故障案例。 LMZ31707旨在为系统中4个 QSFP 可插拔模块的3.3V 电源轨供电。 所有模块的最大总负载电流均设计为6A、因此设计中有1A 缓冲器。

案例(1)-被测器件加载了四个 QSFP 模块、总负载电流约为4.8A、在 LMZ31707发生故障前24小时内以55°C 的湿度和90%的湿度在环境室中运行。 发现 VOUT 短接至 PGND。

案例(2)-与案例(1)相同的测试环境、不同之处在于仅安装了2个 QSFP 模块、总负载电流约为2.4A。 UUT 被留宿过夜、第二天被发现烧毁。 LMZ31707和输入/输出 电容器具有严重的特性。

案例(3)-这是一位客户退回的器件、可能在室温环境下运行。 LMZ31707和输入/输出电容器具有严重的特性。

我们进行了2次实验来尝试并重新产生失败、但没有得出任何结论。

例如(1)-在室温下、在没有任何 QSFP 负载的情况下、将 VOUT 短接至接地并为系统通电。 器件上的外壳温度上升到大约58C、然后开始下降并稳定在大约52C。 我假设热关断功能生效。 该器件在短路被移除后仍然正常工作。

例如(2)-在55°C 和90%湿度的环境室中。 将 VOUT 连接到电子负载、消耗7A 电流、测得的外壳温度约为73C。 2小时后、LMZ 未关闭、UUT 仍在工作。 UUT 将整夜运行、直至明天。

看起来这可能与热问题有关、而不是与过流问题有关。

您能否查看并了解此故障的根本原因是什么?   

我已附上原理图和 PCB 布局。

e2e.ti.com/.../schematic_2D00_pcb.zip

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    Tan 您好、  

    感谢您提供原理图和布局。  

    小组将审查并提出意见。  

    谢谢、  
    Denislav  

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    尊敬的 Denislav:

    下面是被烧部件的图片、看起来火灾从引脚1、2、3附近开始。

    谢谢、

    SB

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    您好、Tan、

    查看您的原理图和布局、并不像 LMZ31707数据表所建议的那样(第6页第26页)将 AGND 与 PGND 分开。 引脚20和21与 PGND 之间的连接/拼接也可能不足。 如数据表第26页所示、放置在更靠近引脚11和12 PVIN 引脚的输入电容器也会使布局受益。

    您的输入和输出电容器的额定电压是多少?   

    (虽然这可能不是问题、但我还注意到您有44uF 陶瓷电容器、而数据表第 12页建议使用47uF 最小陶瓷电容器)

    您能否探测输入和输出电压以查看它们是否稳定?

    您的 ex 2电路板是否仍然正常运行?

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    您好、Kris、

    AGND 和 PGND 未连接在顶层、它们在内部接地层连接在一起。 我同意可以进一步改进布局。

    输入电容器的额定电压为16V (100uF)和0.1uF (0.1uF)、25V (22uF)。
    输出电容器的额定电压为4V (470uF)、6.3V (22uF)。

    输入和输出电压是稳定的。

    在 Ex 2板上、隔夜测试后输出仍然正常。
     
    在正常运行中、逐周期和断续模式之间的输出信号完整性是否会受到任何影响?

    您是否有任何线索知道是什么原因导致器件烧坏?

    如何将案例(1)中的故障器件发送回 TI 进行故障分析?

    谢谢、
    SB
     

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    SB、

    [引用用户="Tan SB]
    在正常运行中、逐周期和断续模式之间的输出信号完整性是否会受到任何影响?  

    [/报价]

    您能否澄清一下在逐周期模式与断续模式下对输出信号完整性的影响是什么意思? 这些是 对过流情况的两种不同响应、如第9.19节所述 、这两种响应都会导致输出电压行为发生变化。

    [引用用户="Tan SB]

    您是否有任何线索知道是什么原因导致器件烧坏?

    [/报价]
    我想你们做了一些好的实验,例如1和2,排除了任何明显的问题。
    您使用示波器探测输入和输出、对吧? 您能否在工作板上探测 PH 开关节点? 此节点处可能存在过度的振铃、导致电压应力超出绝对最大额定值。  布局的改进、尤其是电容器的放置、可以帮助改善观察到的任何振铃。
    [引用用户="Tan SB]

    如何将案例(1)中的故障器件发送回 TI 进行故障分析?  

    [/报价]
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    e2e.ti.com/.../LMZ31707_2D00_PH_2D00_capture.zip

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    您好、Kris、

    我可能未能在较早前的答覆中作出以下回应:

    关于 OCP 模式、我的意思是逐周期和断续模式之间对输出电压纹波是否有任何影响?

    是的、我使用示波器探测输入和输出。

    我已连接为输入、输出和 PH 节点捕获的信号。

    PH 节点有5个捕获、未安装 QSFP 模块、安装了不同数量的 QSFP 模块。 无论负载条件如何、输入和输出都没有差异。

    您建议 PCB 内部和外部层上 PGND 和 PVIN 和 VOUT 平面之间的最小间隙尺寸是多少?

    谢谢、

    SB

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    SB、

    如数据表图30和32所示、断续模式和周期和周期模式之间的输出电压行为非常不同、因此我不确定您尝试比较的是电压纹波。

    我查看了 EVM 布局文件、覆铜区之间的间隙约为10mil。

    此致、
    Kris

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    您好、Kris、

    您是否有机会查看我先前发送的 PH 节点上的这些信号?  是否有任何关于电容器放置和布局的建议、以进一步改进?

    谢谢、

    SB

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    您好、Kris、

    今天下午、我们会遇到另一个类似器件 LMZ37104、该器件用于电路板上的不同位置、并以类似的模式突然弹出和烧坏、火灾来自引脚1、2、3和输入电容器。

    您是否认为输入纹波电流可能是火灾的原因? 这些是我的设计上的输入电容器:

    2件- 100uF、16V、1210箱

    2 ea - 22uF、25V、0805外壳

    1件- 0.1u、16V、0402外壳

    数据表的第12页提到了3.5Arms 最坏情况下的输入纹波电流。 我在陶瓷数据表中看不到任何纹波电流规格、添加纹波电流高于该值的聚合物 ECAP 是否会出现问题?

    谢谢、

    SB

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    尊敬的 SB:

    我在波形中没有发现任何可疑情况。

    输入来自什么?

    LMZ31704是否也由同一输入电源供电? 您也可以分享该电路的原理图和布局吗?

    我亦会徵询一些同事的意见。 请允许我给你一些时间。

    此致、

    Kris

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    您好、Kris、

    该电路板由 BluTek Power 的12V PSU 供电、型号为 BPA-RS600-120FNA。 这是电路板的唯一输入电源、也是电路板上的直流/直流转换器从此输入降压。

    在该布局中、在引脚11附近放置了3个输入电容器、看起来不错。

     我已附上已烧坏部件的原理图、PCB 布局和图片。

    谢谢、

    SBe2e.ti.com/.../sch_2D00_pcb_2D00_pic.zip

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    您好、Kris、

    附件是清理后的燃烧区的图片。 我补充了一些意见,希望这有所帮助。

    谢谢、

    SB

    e2e.ti.com/.../U99_2D00_LMZ31704_2D00_20190925_5F00_153619.pdf

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    尊敬的 SB:

    感谢您分享所有这些信息。 我与其他一些同事进行了交谈。 电流限制和热关断应有助于保护器件免受模块内高电流和温度的影响、因此我们仍然认为可能存在与 PCB 或输入电源相关的问题、从而导致您看到的损坏。

    我无法在线查找有关该电源的信息、但有一些与12V 输入相关的更多问题。
    您的客户是否也会使用相同的电源?
    从电源到电路板的电缆有多长?
    为系统中的所有模块馈送电压的12V 节点上的总电容是多少? 现在是否全部采用陶瓷电容器?

    尽管您探测输入电压并发现没有问题、但在夜间测试期间的某个点可能会发生意外的高电压瞬变。 也许您可以将示波器设置为在16V 等高电压上触发、并让系统保持运行、以查看最终是否得到触发。

    还可以测量从12V 电源汲取的电流吗? 我们可以看到、考虑到所有模块和其他由该电源轨供电的电路、电流是否合理。

    此致、
    Kris

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    您好、Kris、

    系统随附同一型号的 PSU、这是一个热插拔模块、可直接插入系统、因此它们之间没有电缆。

    12V 节点上的总电容约为6532uF

    是3个 LMZ 模块、31704、31707和31710、在系统中、每个12V 输入都有两个100uF、16V 和两个22uF、25V 全陶瓷电容器。

    还有另外两个采用线性技术的分立式电感器和 FET 的直流/直流电路设计、每个输入都有一个330uF 铝聚合物与两个22uF 陶瓷耦合。

    一些其他直流/直流电路在其输入端仅使用陶瓷电容器。

    PSU 可提供高达50A 的电流、实际测量值约为19A。

    其他直流/直流设计的输入中也使用了相同的电容器、如果它是电压基准、我希望其中一些电容器也会弹出、到目前为止、它们似乎工作正常。  

    到目前为止、所有故障似乎都表明引脚1区域周围存在弱链路。 在最后一种情况下、引脚11、12附近的相同电容器完好无损。 不确定 AGND 引脚是否夹在引脚1和3之间。

    谢谢、

    SB

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    SB、如果您已从电路板上卸下部件、那么您可以检查引脚之间是否仍保持完好的引脚?

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    您好、Kris、

    我从板上卸下了该模块、并附上了该模块和 PCB 的图片。

    在模块上、PH 节点短接至 PVIN、PVIN 和 VOUT 之间的电阻约为900欧姆。

    在 PCB 上、PVIN 短接至 PGND。

    此外、您能否返回几封有关 PH 节点上信号的电子邮件、当输出未加载时、该节点上会出现振荡、即一个和两个负载。 在三个或四个负载下、信号看起来正常。 (这是另一个提供可插拔 QSFP 模块的位置上的 LMZ31707)。

    谢谢、

    SB

    e2e.ti.com/.../U99_2D00_LMZ31704_2D00_burned-part-and-PCB.pdf

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    您好、Kris、

    我在我们的离岸办事处有一位同事正在帮助解决此问题、他正在请求模块的开放式/简短测试报告、您能否与我们分享该信息?

    以下是他的评论:

    "下一步、您是否可以让 TI 为我们提供开路/短路测试(针对每个引脚)结果?
    我认为他们在资质认证测试中进行了测试。 原因是我怀疑引脚和引脚之间通过焊料短路。
    特别是、我怀疑 TI 模块底部的 VOUT 形状和 PH 形状之间存在短路、间隙为44mil。
    如果焊料从焊盘中被缝隙掉、则可能会产生传导通。
    如果 PH 引脚和 VOUT 引脚短接、高侧 MOSFET 将损坏。
    此外、如果引脚20 (PH)和引脚19 (PGND)也短接、则高侧 MOSFET 将损坏。'

    谢谢、

    SB

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    SB、

    我正在与开发团队核实我们是否有这样一份报告可以分享。

    是的、VIN、PH、GND 等关键引脚之间发生意外/意外短路肯定会导致损坏。 我希望模块内部的电流限制能够保护和防止过多的电流在 IC 内部流动、因此我认为 PVIN 与 GND 之间会形成短路、从而导致电路板中(不会流经器件)产生高电流、从而导致损坏。

    对于先前有关波形的问题、由于器件在 Eco-mode 下运行、且器件处于断续导通模式(DCM)、因此您观察到的轻负载"振铃"是预期的。 我一直在寻找脉冲的上升沿和下降沿上的振铃、这些脉冲的上升沿和下降沿会超出 Vin 和 GND、以查看是否超出了任何绝对最大限制、但在波形中没有看到。

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    前面您提到了工作板上从12V 电源汲取的电流为19A。 您是否在多个电路板上测量过这种情况、它们是否都显示具有相同负载的类似电流?

    您是否已根据所有转换器(及其预期效率和 Vin/Vout/Iout)以及您连接到此12V 电源的其他负载计算出所消耗的电流是否合理?

    您可以使用数据表效率曲线、根据 Iin = Vout * Iout /(Vin *效率)估算每个转换器的预期输入电流。 关键是确定电流是在右侧的镇流器中、还是比预期的高得多。

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    您好、Kris、

    在12V 19A 上、我们在几块电路板上进行了测量。

    计算得出的12V PSU 所需的系统板最大输入电流约为25A、实际测量值约为19A、我认为这是正确的。

    对于3.3V 输出电压 LMZ31707、计算得出的该电压轨所需的最大输出电流为6A、在实际负载下、消耗的电流略低于5A。
    根据92%的效率、输入电流分别在1.8A 和1.5A 之间、计算值和实际值。

    总的来说、对于 PVIN 引脚、最好使用铝 ECAP 而不是全陶瓷电容器吗? Webench 电源设计器提出了一个。

    谢谢、

    SB

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    只要有效输入电容满足您可能具有的输入电压纹波和瞬态偏差目标、就不需要/不需要铝电解电容。 与 MLCC 相比、获得铝电解电容器中的高值电容值通常更具成本效益。

    关于开路/短路测试、我们在最终生产测试期间进行连续性测试(以捕获意外开路和短路)。

    您是否查看过我在本主题前面链接的商品退货材料?

    如果您正在执行该路线、建议我们关闭此处的主题。 我们还可以根据需要通过电子邮件继续。 请告诉我。

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    您好、Kris、

    我们可以关闭此主题并通过电子邮件继续、如果我稍后有更多问题、您的电子邮件联系人是什么?

    我没有将损坏的部件退回给 FA。

    BTW、您是否有可共享的开路/短路测试报告副本?

    您对故障的可能原因有何看法、对布局有何建议、或对 PVIN 输入端的任何保护电路有何建议?

    感谢你的帮助。

    SB

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    尊敬的 SB:

    您可以在 Kristoffer.Flores 的 TI.com 上联系我。

    由于我们在生产最终测试期间对每个单元进行了开/短测试,因此没有关于此连续性测试的总体报告----我们所运送的单元应该已经通过了此连续性测试,以及许多其他测试。

    我在最早的答复之一中提供了一些 PCB 布局反馈。

    不幸的是,我们尚未发现根本原因。 您是否观察到过其他任何夜间测试中的任何其他损坏电路板? 如果我们能够找到可重复条件、那将会有所帮助。 如果您要继续执行夜间和长期测试以尝试重现此问题、您可以考虑在  稳压器前面添加保险丝或限流开关、以查看测试中是否出现这些熔断/跳闸。 您还可以添加 TVS 或齐纳二极管、以将12V 输入轨钳位到最大值<17V、以防这条线路上出现我们尚未观察到的意外瞬变。

    12V 总线上的所有其他稳压器的额定电压是否与 LMZ3170x 相似(绝对最大值20V、建议最大值17V)?

    请随时通过电子邮件回复这些问题。

    此致、
    Kris