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[参考译文] TPS40170:24V 直流开关电源电路在新一批电路板上出现故障。

Guru**** 2322270 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS40170
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/621511/tps40170-24vdc-switching-power-supply-circuit-failing-on-new-batch-of-boards

器件型号:TPS40170

多年来、我们使用 TPS40170开关电源电路已有数百个电路板、没有任何问题。 我们刚刚开始使用第一批2017年制造的新电路板中的第一批(14)电路板、TPS40170电源电路出现故障。 我们具有经过稳压的48VDC (现成的1、000 瓦余弦电源)、可提供输入电源、输出电压为24VDC @ 5A、300kHz 开关频率。 我们现在仅以200mA 的负载运行。 故障电路中使用的 TPS40170芯片都具有65K 生产日期代码(2016年5月?)。 我们认为无源器件是正确的值、但其中一些无法在电路中精确测量。

故障模式是、当我们首次为电路板加电时、24VDC 输出在4 - 6VDC 之间波动。 我们可以禁用使能线路、然后启用它、电路的行为也是如此。 我们已经捕获了一个操作板和一个故障板的许多波形、并注意到了一些差异。 所有波形由第一个 HDRV 信号的上升沿触发。 我们未能找到任何有关 TPS40170加电操作的详细信息足够详细的 TI 文档、因此我们希望能有一位专家来帮助我们了解我们所看到的内容。

我们不是在调试新设计、而是在2017年制造的第一批产品之前、在100块电路板上进行工作的设计的新构建。 我们希望下面的信息对 TI 专家来说意味着什么。 它看起来不像电路具有过多的噪声、因为如果我们使用工作台电源并缓慢增加输入电压、它几乎可以工作、但它是不稳定的。 旧板在运行时是坚固的。

原理图

1) 1)在正常电路板上、当 FET 驱动器(HDRV 和 LDRV 信号)首次启动时、良好电路板上会发生23个300kHz HDRV 脉冲的突发。 坏板中有28或29个脉冲。

Good Board HDRV LDRV SW 24P0V 信号(10us/div)

错误电路板 HDRV LDRV SW 24P0V 信号(10us/div)

2) 2)在良好的电路板上、在 FET 驱动器(HDRV 和 LDRV 信号)启动后、第一次脉冲和第二次脉冲之间有大约200us 的间隔、第二次脉冲和第三次脉冲之间只有大约100us 的间隔、 然后、在第3次和第4次突发之间为50us、然后脉冲是连续的、24P0V 信号在大约4.5ms 内上升到24V。 在坏板上、在第1次和第2次和第4次突发之间的突发脉冲之间大约有300us (随着突发持续而稍微减少)、然后在第4次和第5次和第6次突发之间大约有200us、然后突发停止。 此外、24V 几乎达到10V、然后开始下降。

Good Board HDRV LDRV SW 24P0V 信号(100us/div)

Good Board HDRV LDRV SW 24P0V 信号(500us/div)

错误电路板 HDRV LDRV SW 24P0V 信号(100us/div)

错误电路板 HDRV LDRV SW 24P0V 信号(500us/div)

感谢大家提供的任何帮助。

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    您好、Dave、

    如果您从合格批次中取出器件并将其放入不良电路板中、那么您在不良电路板上遇到的问题是否会消失?

    我怀疑 TPS40170在启动时会达到电流限制。 拍摄 SS 的示波器镜头将会让我们知道这是发生的情况吗? 当 TPS40170感测顶部 FET 的 Rdson 时、由于输入阻抗而导致的任何不稳定都会导致错误的电流限制事件。 您的电缆和/或输入电源是否发生了变化?

    我首先要指出的是、新电路板中安装的旧器件可以解决该问题?

    希望这对您有所帮助?

    David。
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    David、

    我们正在安排将 好板和坏板上的部件更换为我们的板装配室。 我们尝试自行移除芯片、但带有散热焊盘和无铅焊料的 VQFN 封装证明太顽固、器件和 PCB 走线损坏、因此有时间为专家服务。 我们应在第二天左右完成这项工作。

    我们使用的电源和输入电源线始终如一。 输入电源电缆长度为8英寸、由两条16AWG 正极线和两条16AWG 负极线组成。 布线很重、这是因为电路板具有其他可在 高达20A 的电流下控制48VDC 的电路;大功率电路具有其自己的电源平面、并在 TPS40170 24VDC 电路的测试过程中禁用。

    下面是良好和不良 SS 信号波形。 在最初的500us 运行期间、SS 信号看起来是类似的。 最大的差异仍然是 HDRV 和 LDRV 信号的突发与每个突发脉冲的数量之间的间隔。 必须说明 TPS40170决定在正常电路和不良电路之间更改这两个参数的原因? SAS 信号最终会变得不同、但我需要使用更长的时基进行一些新的测量。 今天上午我将完成这些工作。

    良好的板 HDRV LDRV SW SS 信号(50us/div)

    错误电路板 HDRV LDRV SW SS 信号(50us/div)

    谢谢、

    Dave M.

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    您好、Dave、

    感谢您捕获 SS 的范围。

    您能不能告诉我您的输出电容器的 ESR 是多少。  我想检查您的控制环路的稳定性。  谢谢。

    此致、

    David。

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    David、

    有三个10uF 陶瓷电容器 TDK C3216X5R1H106M 和一个330uF 电解电容器 Panasonic EEE-1VA331P 并联。 陶瓷电容器各有一个2.2毫欧@ 300kHz 的 ESR;电解电容器 ESR 不是由 Panasonic 发布的、并且很难与之通信、因此我通过电子邮件提交了一份信息请求。 我估计在0.3欧姆到1欧姆之间。

    此致、
    Dave M.
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    您好、Dave、

    我根据 tan delta 计算出 ESR ~0.6 Ω。 如果我是对的、你会稍微稳定一点。 请在 R152上添加 R (ff)和 C (ff)。

    制造:
    RFF = 500欧姆
    CFF=2.2nF

    希望这对您有所帮助?

    此致、

    David。
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    David、

    我认为我无法在 R152上添加500欧姆的电阻器、它将更改 R152/R151分压器的输出电压设置。 可能我应该使用不同的位置?


    此致、
    Dave M.
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    您好、Dave、

    很抱歉、如果您误解了您的意思。 我说的是、在 R152的 paralell 中放置一个与上述值串联的电阻器和电容器。 由于电容器与500欧姆串联、直流输出电压不会改变。 希望这有道理吗?

    David。
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    David、

    误解是一种轻描淡写。 当然、您希望它们串联在一起。 修复程序有效。 该电路在输入电压为25VDC 至48VDC 时工作正常。 波形与良好波形非常相似。 我们测试了1A 至4.5A 的输出电压与电流间的关系、结果与良好的电路板几乎完全相同。

    我很好奇、当您计算 ESR 时、您使用了什么 tan delta 和频率? ESR=tan delta *(1/(2*Pi *F*C))
    我们认为3个陶瓷电容器的 ESR 会覆盖电解电容器的 ESR? 在不更改 PCB 插图或添加其他元件的情况下、我们是否可以对4个电容器进行任何更改、因此我们不需要额外的 RC?

    您认为这项返工是可靠的最终修复吗? 故障的根本原因是什么? 这种 RC 的作用到底是什么来弥补 ESR 引起的不稳定?

    在过去3年里、我们在现场拥有超过(200)块电路板、从未看到过这种故障模式。 我们在2017年6月和8月组装了(100)块电路板、它们全部失效。 所有器件都是相同的、或者至少应该是相同的(除了新的 PCB 批次)。 我们可以假设2017批次所有器件的日期和批次代码与其他器件不同、因为2017批次在2016年最后一批次至少7个月后制造。 我们还移除了坏电路板上的电解电容器、并将其替换为几年前的电解电容器、电路板仍然出现故障。 仅供参考、该电路是设计公司在2013年设计的、因此我不知道他们为什么选择使用的组件值和电路设计。

    我们应该准备测试板、在明天或周二将旧 IC 放置在新电路板上、将新 IC 放置在旧电路板上、然后我们将发布结果。

    感谢您提供的有用建议以及与我们合作解决此问题。


    此致、
    Dave M.
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    您好、Dave、

    好消息和坏消息,很遗憾听到坏消息!

    您是正确的;Tan Delta 在数据表中以120Hz 的频率规格、因此当您评估公式时、您可以得到600mR。

    3个陶瓷确实会影响输出阻抗并具有较低的 ESR、这对于电压模式控制器而言是不利的。 输出电容器上的 ESR 实际上有助于补偿环路、从而产生足够的相位裕度。

    您可以移除3个陶瓷电容器、这将为您提供更大的输出纹波电压、但我不确定这是否对您造成了问题?

    我给您的修复是一个可靠的修复、因为它提供了足够的相位裕度、以确保稳定性、同时考虑到您将在输出阻抗中看到的变化。

    问题不在于 IC,而在于输出电容器。 我怀疑、如果您将输出电容器从正常电路板切换到不良电路板、您的问题也会得到解决。 但是、我可以从数据表规格中告诉您、我认为您很幸运首先拥有稳定的设计?


    希望这对您有所帮助?

    此致、

    David。
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    David、

    我们得到了交换电路板的结果。 两块好板都在继续工作、两块坏板都继续出现故障。 在一对好板和坏板上、我们交换了 TPS40170、在另一对好板和坏板上、我们交换了两个晶体管。 由于修改后的电路板的行为未发生变化、因此看起来坏电路板由于 PCB 误差或剩余的分立器件(例如输出电容器)而出现故障。 至少我们知道、在顶部反馈电阻器上添加补偿 RC 将消除我们的问题。


    此致、
    Dave M.