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[参考译文] LM63615-Q1:转换器输入短路故障

Guru**** 1076790 points
Other Parts Discussed in Thread: LM63615-Q1
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/1158522/lm63615-q1-converter-input-short-failure

器件型号:LM63615-Q1

我们使用 LM63615DQPWPRQ1为两个12V 轴向风扇供电。  转换器输入 电压为24V。 风扇测得的总标称输出电流为600mA。 风扇启动在短时间内的最大电流为1000mA。 根据 WEBENCH 工具完成设计。 所有产品在制造后均通过生产测试仪进行测试。 器件以超过5k 的帧发送到现场。 当前故障率为2%、故障模式指向 LM63615-Q1以烧断或短路。 故障分布数据显示 安装后10到140天发生了转换器故障。  500天后、大多数器件仍能正常工作。

 您能否帮助或解释可能导致此类故障的原因?

如果需要、我可以提供更多信息。

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    你好

    请提供 PCB 布局的图像。

    Altium 文件、返修文件或简单的 pdf 映像现在可以使用。

    谢谢

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    24V 至12V 布局采集。

    12小时满载热测试图像。 环境温度为22 Celcius。

    器件也在85°C 1000小时内测试停止、没有任何问题。

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    您好!

    感谢您分享 PCB 布局和热感图像。 在布局方面、反馈电阻器 R203和 R202应靠近 FB 引脚放置 、以便尽可能靠近器件上的这些引脚连接 FB 和 AGND。 最后、我不确定这是否会导致您看到的失败。  

    您是否详细了解器件发生故障的时间和方式、可能是发生故障的条件(环境温度、输入电压、负载电流)? 请分享您收集的任何显示故障发生的波形。 我尤其希望看到 SW 节点、输入电压和输出电压波形以及负载电流。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    FB 电阻分压器确实以不同的方式放置。 FB 网长为6mm、它进入 PCB 的底部。 PCB 由四层组成、中间层填充 GND 铜。

    我们尝试通过在电阻器与1V FB 网络之间添加"天线"导线来重现转换器故障。 假设 FB 网络中的干扰会导致故障。 结果是转换器在满载时工作无问题或无额外热量。 结论是 FB 干扰不是此故障的根本原因。  

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    您好!

    感谢您提供这些信息。  您是否有更多有关器件发生故障的时间和方式、可能是发生故障的条件(环境温度、输入电压、负载电流)的详细信息? 请分享您收集的任何显示故障发生的波形。 我尤其希望看到 SW 节点、输入电压和输出电压波形以及负载电流。  

    除此之外:什么是提供24V 电源? 我想知道器件所见24V 输入电压的压摆率(dV/dT)。 转换器看到的输入电压是否有可能超过器件的绝对最大额定电压?  

    您是否能够在发生故障的电路板上放置已知正常的 LM63615-Q1单元? 如果您能够做到这一点、该器件是否能够按预期运行?  

    此致、

    哈里森  

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    您好!

    所有器件均为室内温度、环境温度为20°C 至30°C。  

    我有六个故障单元、我已从所有器件中移除转换器、以确保电路板12V 输入或输出不短路。 我没有在这六个失败的转换器上放置新的转换器、原因很小。 转换器库存在所有常见分销商中均为零、由于中心散热焊盘、组件很难焊接、并且由于输出和输入为开路(无短路电容器)、我对功能没有怀疑。 但会存储电路板以供进一步调查。

    24V 电源电压输入滤波器:

    输出电流为1、5A 的 SW 节点

    输出和输入、输出电流为1、5A:

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    您好!

    我理解您不将已知合格器件放入发生故障的电路板的理由。  

    您是否测量了故障 IC 的引脚 以确认是否有任何引脚短接在一起?  

    为了确认您移除 IC 的电路板是否确实正常工作、您能否在所需输出端(测试点 TP211和 TP212之间)施加12V 电压、并确认下游电路是否按预期工作?  

     电路板通电后、降压转换器的输入端的24V 输入电压波形是什么样的? 我想确认电路板上电时、电压不会超过绝对最大额定值。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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      您好!

    首先、从 Vin 引脚12到 GND 引脚15的电阻为1欧姆、通过移除的 IC 进行测量。

    其次、我通过跳线从工作台电源提供12V 电压、然后连接到线圈 L204第二个桥臂、电路正常工作。 风扇开始以最大转速旋转、并且没有额外的电流消耗。

    在交流模式下、从靠近 Vin 引脚的最后一个电容器 C212测得的24V 输入:

    然后、在为器件供电时、我在直流模式下测量24V 输入:

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    您好!

    在上电时、输入电压看起来远低于器件的绝对最大输入电压额定值。 输入电容器上的交流电压波形在稳态运行期间不会显示明显电压尖峰的迹象。  

    在您的应用中、LM63615-Q1是持续保持开启还是定期开启和关闭? 我知道您说过该器件正在为下游风扇供电、因此我想知道当器件关闭时降压转换器的输出端是否会产生较大的电压瞬态。 如果在正常运行期间降压输出电压超过输入电压、则可能会损坏器件。 您能确认这种情况吗?

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    转换器始终开启。 大多数情况下、两个风扇以空闲速度运行、而转换器处于脉冲跳跃/突发模式。

    空闲负载下的24V 输入交流纹波。

    可能10%的时间会使输出以全速运行、总输出电流为0、6A。

    交流电源侧可切断电源、但切断电源期间的12V 输出启动和断电看起来非常干净

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    您好!

    感谢大家分享这些内容、我知道转换器始终开启、但我想确认、在输入线路被切断时、输出电压不会超过输入电压。 上一幅图像中显示的输出电压似乎缓慢衰减、您能否确认在这种情况下输入电压始终高于输出电压? 理想情况下、我希望看到相同的波形、但包含输入电压和输出电压。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    老实说、我以前从未测试过这种情况、但下面是有关断电的结果。

    黄色表示 TP209的24V 输入

    蓝色表示 TP211的12V 输出

    情况1. 在630mA 满负载时切断电源(风扇全速)

    情况2. 空闲21mA 负载时断电(风扇空闲速度)

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    您好!

    感谢您的测试、就我可以看到输出电压在该关断测试期间保持在或低于输入电压电平。 我的问题是、如果输出电压每一个都大于输入电压、就会导致内部高侧 MOSFET (HSFET)的体二极管 导通。 该体二极管不会导通、因此这种情况可能会损坏 HSFET、但上图中不存在这种情况。  

    您能否分享此组件的电感器器件型号以及饱和电流额定值? 您是否在该设计上(在输出端)执行了短路测试?  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    我们使用的是 Bourns SRP7028A-6R8M

     

    我对24V-12V 转换器的人工负载进行了过流测试。 绿色表示输出电流、蓝色表示输出电压。

    转换器能够提供1、9A 电流而不会出现任何问题、并且具有2、0A 负载输出压降和短路保护器步进。 测量结果似乎与数据表参数一致。

    风扇的输出电流(rms)保持在700mA 以下、但输出电流不是很平滑。

    反馈 Rfbt 上没有前馈电容器用于改善瞬态响应、但建议 Rfbt 值为100k、输出中没有大电容。 FB 瞬态响应是否可能导致2%的转换器击穿?

    我计算出可能的 CFF 值可能介于20pF 至50pF 之间、但这需要更改布局、在该故障模式下很难验证根本原因。

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    您好!

    此时、我无法评论根本原因、因为我们尚未确定器件是如何发生故障的。  

    让我向我的一些同事咨询这种情况、并在1-2个工作日内回复您。  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    您好!

    我想了解有关您在生产过程中执行的测试类型的更多信息。 我想知道应用于器件周围每个测试点的信号/电压电平。

    例如、在测试设计时、TP209保持低电平时、TP211上是否存在电压?  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    我需要收集更多有关生产测试仪的信息、但根据我的知识、测试仪固定装置中根本不使用测试点。 通过连接到12V 输出连接器的实际风扇测试转换器功能。 板载微控制器从风扇 RPM 反馈线路读取启用24V 电源和风扇速度。 如果风扇旋转与否、MCU 通过串行总线与测试仪通信。 我不确定测试仪是否通过风扇连接器测量12V 电源电平、但我将检查这一点。 只有一个风扇在使用中、我认为测试仪会为两个风扇输出同时切换一个风扇、但我也会检查这一点。

    同时、我成功获得了一个新的转换器芯片。 我将其焊接到一个有故障的装置上、装置在维修后开始工作。 我测量到、输入纹波与其他纹波类似、小于200mVpp。 我将继续为该装置通电、并每天跟踪其状态。

    我还从另一个故障单元检查输入滤波器 C207 100uF 电解质电容器 电容是否仍然为100uF、并根据 RLC 表进行检查。 然后、我从一个原型中删除了整个 C207、并进行了一些功能测试、一切都一如既往地正常工作。 即使是24V 输入纹波也不会增加。

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    您好!

    是的、请收集有关生产测试仪及其如何与系统交互的更多信息。  

    同时、您可以保护一个全新的装置并确认其在电路板上正常工作、这是一件很好的事情。 如果可能、您能否探测 VIN、SW、VOUT 和 IOUT 并在 VOUT 下降沿触发、以便在发生其他故障时捕获行为? 根据您之前的数据、我们预计至少10天内不会发生故障、对吧?

    您是否能够将故障器件焊接到已知良好的电路板上?  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    您好!

    生产测试仪。 测试仪内部只有风扇和继电器、用于将风扇切换到 FAN1和 FAN2输出。

     

    测试顺序:

    1.连接24V 电源并激活与 MCU 的 CAN 通信

    2.睡眠模式下测量的24V 电源电流

    3.连接 K7

    4.继电器 K5和 K6将风扇连接到 FAN1输出

    5.风扇 PWM 调至0%(怠速、极慢速度)

    6. MCU 测量 RPM

    7.风扇 PWM 设置为50%

    8. MCU 测量 RPM

    9.风扇 PWM 设置为100%

    10. MCU 测量 RPM

    11. 继电器 K5和 K6将风扇连接到 FAN2输出

    12.风扇 PWM 设为0% (怠速、极慢速度)

    13. MCU 测量 RPM

    14.风扇 PWM 设置为50%

    15、MCU 测量 RPM

    16.风扇 PWM 设置为100%

    17. MCU 测量 RPM

    18.风扇 PWM 设置为0% (怠速、极慢速度)

    19。继电器 K5和 K6将风扇连接到 FAN1输出

    20、断开 K7

    继续其他测试。

    维修后的电路板目前正在进行长期测试、输入、输出、SW、输出电流由示波器进行监控。 我认为、无论我们等待多长时间、在这种设置下、我们都无法找到2%的故障率。

    换能器在已知良好的电路板上出现故障、我尚未测试、我认为测试不是很有用、因为部分但并非所有换能器封装都破裂。

     故障转换器上还存在一些有关引线框上高电流和热量的标记。


    -Mika

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    尊敬的 Mika:

    感谢对测试程序的详细解释。

    步骤11是值得注意的、在此步骤中、向风扇施加12V 电压、但继电器6打开、从而打开 GND 连接。 如果没有 GND 连接、12V 基本上会悬空、因为没有 GND 连接。 此外、在此步骤之前、风扇一直以100%的速度运行、这意味着满载电流、然后该电流突然切换为0。  

    您能否调查在步骤10、11、12之间的转换过程中、输出电压会发生什么情况? 请在此条件下提供 VOUT、SW、IOUT 的图像。  

    此致、

    Harrison Overrurf

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    我只能通过 SW (交流模式)获取有关风扇热插拔的输出电压。

    电压瞬态保持低于输入电压并具有良好的裕量。

    我们目前正在计划对生产测试仪进行修改、并在没有任何继电器的情况下添加单独的风扇。  

    -Mika

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    您好、Mika、

    感谢大家分享这些内容、我在我的测试仪假设中包含了一个图像、其中指出:

    器件温度是否在这些转换点期间升高?  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    此捕获仅来自序列11继电器开关。 您是否注意到时间/DIV 200us。  

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    您好、Mika、

    感谢您的澄清。 在我标记为"10"的区域中、输出电压几乎在40uS 以下下降了4V (我假设大约为10uS)。 根据 I=C*(dV/dT)、3x4.7uF 输出电容器电压需要大约5.5A 的电流才能放电该电流。 您是否能够在此转换期间探测电感器电流?  

    此外、当器件切换时、SW 节点波形接近-5V、对于小于10ns 的瞬态、绝对最大额定值为-6V。 在正常运行期间、预计不会出现这一负 SW 电压。  

    您能否 在此转换序列期间放大电感器电流、输出电压和 SW 电压?

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    此处是风扇热插拔放大的最大瞬态(标签10)。 设置不是实际的生产测试仪、而是类似的。 位于电子制造商处的实际生产测试仪。

    黄色表示 SW 节点、蓝色 Voutput 和绿色表示线圈电流。

    SW 节点似乎下冲、但当我分开测量时、看起来会更好。

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    尊敬的 Mika:

    很抱歉耽误了时间、我已经和我的团队讨论过这个问题、我们有几个问题、希望你们能回答。   

    您能否移除不良器件并发送 DAP 图像、以便我们能够检查焊料覆盖率是否正确? 如果 DAP 未正确焊接、则可能会损坏器件。 如果您可以发送多个设备的图像、这会更好。  

    如果您采用已知良好的电路板和良好的器件、并有意地将器件焊接到电路板上、而不在 DAP 上焊接、则这将近似于器件不具有适当的焊接覆盖范围时会发生的情况。  

    此外、当器件为风扇供电时、您能否在器件以稳定状态运行时循环 EN 输入? 理想情况下、我希望看到 EN 高电平、EN 低电平、然后再次看到 EN 高电平。 保持 EN 低电平的时间以及高电平-低电平周期的数量可以改变、但首先要保持 EN 低电平大约10ms。 我想查看 EN、VOUT、SW 和 Iout 的波形、并查看输出电压上是否存在任何大瞬态。  

    此致、

    Harrison Overrurf

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    我们已经怀疑了生产问题并研究了散热焊盘焊接。

    似乎槽和封装环氧树脂可防止焊料在焊盘中心上方润湿。

    我移除一个装置、并清除散热焊盘上的所有焊料。 然后、我通过防止热连接和电气连接、将聚酰亚胺(Kapton)胶带放置在中心焊盘上。 修改前的表面温度为40°C (风扇已满)、修改后的表面温度上升至60°C (风扇已满)。 该修改后的样本现在已运行了一个多月、没有任何问题。  

    I TEST 使能引脚、方法是多次将其放入1ms、10ms 和15ms。

    此外、在关闭1ms 和开启3ms 的情况下、针对 EN 进行了80% PWM 测试。

    输出或 SW 节点中似乎没有瞬变、电源启动平稳。

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    您好!  

    感谢您分享这些实验的结果。  让我在内部讨论这些结果、然后返回给您。  

    您是否能够捕获发生故障的器件或能够在终端诱发器件发生故障?  

    此致、

    Harrison Overrurf  

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    我没有。 通过监控很难找到1%的故障率。

    由于其他原因、我们需要对设计进行新的布局修订。 在架构或布局中实施时是否有一些无风险的改进? 我们可以将其添加到此更新冲刺中、只需很小的工作量。  

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    您好!

    请理解、以下是您可以对下一个修订版的布局进行的一些更改:

    • 在 IC 的 FB 引脚旁边的顶层包含反馈电阻器。 确保将电阻分压器的中心点连接到 IC 的 FB 引脚的走线尽可能短、以最大限度地减少耦合到此走线的任何噪声。  
    • 还在 IC 的 DAP 下方直接添加一些 GND 过孔、类似于数据表中的图11-2。 这将有助于进行热管理。
    • 考虑在 IC 下方的层上包含一个实心 GND 层。

    此致、

    Harrison Overrurf