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[参考译文] LMZ10503:LMZ10503:较轻负载下的故障

Guru**** 1129500 points
Other Parts Discussed in Thread: LMZ10503
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/594125/lmz10503-lmz10503-failures-at-lighter-load

器件型号:LMZ10503

尊敬的 Sirs:

在我们的雷达传感器中、我们目前遇到集成式直流/直流转换器 LMZ10503的一些故障。

事实。 每个雷达都有两个数字板;每个板安装一个 LMZ10503、以便为内部外设产生3.3V 电压轨。

电路板1的负载为340mA、电路板2的负载为130mA;电路板是相同的(我是说它们具有相同的 BOM)、但电路板1 也为外部模块提供3.3V 电压、因此这说明了额外的负载电流。

我们生产了384块数字板、192块作为1号板安装、192块作为2号板安装、由于 LMZ10503的损坏、我们仅在2号板上发生了15次故障。

安装在电路板#2上的 LMZ10503 (具有130mA 的电路板)在 FCCM (强制连续导通模式)下工作。

虽然同步降压转换器允许 FCCM、但我 的想法是具有较轻负载的 LMZ10503的应力更大、这可能是由于电感器电流在两个方向上流动(假设负载电流的方向是正向): 为了加强这一假设的正确性、安装在电路板#1上的 LMZ 从未失败。

运行条件。 LMZ10503从5V 输入直流电压(由外部交流/直流转换器提供)获取3.3V 电压;因此、占空比为0.66、L=2.2µH、fsw=1MHz 的降压纹波电流为:

根据上面的公式、电路板#2肯定在 FCCM 中工作、而电路板#1弱或不在 FCCM 中工作。

仿真。 为了演示 FCCM 模式、我还使用 TI LMZ PSpice 模型执行了 PSPICE 仿真;请参阅以下原理图和图:

电路板权变措施。  为了限制数百个电路板上的返工干预、我建议作为可编程的权变措施、在3.3V 电源轨上引入一个15Ω Ω 电阻器(虚拟负载)、以将总负载移植到342mA、从而均衡每个电路板上的负载。 此外、在第2板上、我还将输出电容值增加到了100µF μ F、以改善滤波效果。

在仿真中、我实现了权变措施、并引入了可变负载来测试环路稳定性:请参阅以下内容:

测试变通办法。 作为进一步的步骤、为了测试所述的解决方案、我们对一批10个雷达应用了权变措施、使其不间断地供电;在连续工作一个月后、没有 LMZ 出现故障

下面是我为您提出的问题:

  1. FCCM 是否可以合理地解释 LMZ 故障?
  2. 您还有其他解释吗?

非常感谢您的任何帮助

Marco Fogli

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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    您好、Marco、

    感谢您的详细博文。

    我看不出部件在轻负载和稍高负载条件下发生故障的原因。 读取原理图中的元件值有点困难(我认为这是图像分辨率问题)。 看起来您有4.7uF 的输出电容器、但它可能是47uF。 很难从图像中分辨。 请确认。

    您提到您添加了100uF。

    仿真表明了这一点
    4.7uF 输出电容器、
    270pF 和105欧姆补偿值、
    18k 和5.76k 反馈电阻器
    设计非常不稳定。

    输出电容为47uF 时、
    270pF 和105欧姆补偿值、
    18k 和5.76k 反馈电阻器
    您将获得大约160kHz 的 xover 和30度的相补角

    4.7uF + 100uF
    270pF 和105欧姆补偿值、
    18k 和5.76k 反馈电阻器
    您将获得大约75kHz 的 xover 和43度的相补角

    47uF + 100uF
    270pF 和105欧姆补偿值、
    18k 和5.76k 反馈电阻器
    您将获得大约60kHz 的 xover 和40度的相补角

    这一切都是假设输出端的电容器在电压偏置下不会降额。

    问题:
    1.添加更多电容时、您是否更新了任何补偿元件?
    2.您能否确认输出电容器是否为陶瓷电容器以及器件的额定电压和外壳尺寸是多少?
    3.您能否共享电路板布局(至少与 LMZ 稳压器共享部分)以供查看?
    4.您能描述一下稳压器的故障模式吗? 例如、输出电压是否仍然存在、但值不正确、还是为0V?

    谢谢、
    Denislav
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    尊敬的 Denislav:

    非常感谢您的快速响应;通常情况下、将轻负载视为故障原因听起来很奇怪、但请考虑电路板1上的 LMZ 永不失效。

    从您的回答中、您似乎怀疑不稳定情况是失败的原因:是这样吗? µF 该电路板在3.3V 电源轨上还有大约8 μ F 的散播陶瓷电容器。 在每种情况下、我都同意增加输出电容器、正如在试用10个雷达时所做的那样。

    µF 稳定性、您是否认为足以将输出电容器增加到100 μ F、具有75kHz 交叉频率和43°相位裕度? 根据我的仿真、在脉冲负载下、系统看起来稳定。

    以下是您的问题的答案:

    1. 否,我不使用100µF 更新补偿组件;
    2. 是的、µF 电容为陶瓷电容、4.7 μ F、16V X7R、1206:CGJ5L2X7R1C475K160AA (DigiKey pn 445-8225-2-ND);
    3. 是的、但我应该向我的同事索要返修或 gerber 文件:我希望尽快发送给您;
    4. 我听到同事说、当 LMZ 出现故障时、其输出电压似乎降至0.8V;但我不知道这种行为是否反复发生。

    最恰当的考虑

    Marco

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    您好、Marco、

    感谢您的详细信息。

    下面是一些其他的评论。  

    输入电容值(仅1uF)和布局绝对可以得到改善。 输入电容器和内部功率 MOSFET 形成一个高 di/dt 环路。 该环路的面积与环路电感成正比。 环路电感越高(与高 di/dt 一起)、将导致更高的噪声。 我建议将输入电容器放置在与 LMZ 器件相同的层上、并靠近 VIN 和大型 GND 焊盘。

    此外、我强烈建议将输入电容器增加到22uF。 有关建议、请参阅 DS 的第15页。

    2.将输出电容增加到100uF 应该有所帮助。 请确保该陶瓷电容器具有足够的额定值(可能是10V 电容1210外壳尺寸)、以便它不会在3.3V 直流偏置下对其电容值进行降额。

    您还可以使用 WEBENCH 来改进组件值。  

    该工具为您的设计参数(5V 输入、3.3V 输出)提供了以下建议:

    这里是频率响应仿真:

    此致、  

    Denislav

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    尊敬的 Denislav:

    再次感谢你。

    我同意你的建议。

    输入电容器。

    增加输入电容器并使其靠近输入引脚。 我认为、输入引脚附近缺少电容器可能是 LMZ 损坏的原因、原因可能是电压尖峰与 di/dt 和更高的环路电感相关。

    稳定性。

    如您之前所述、我使用 Webench 执行了交流仿真;在我使用 TI LMZ 模型在 PC 上使用 PSpice 重复了仿真之后。 结果表明、使用您建议的值更改反馈和补偿网络非常方便、从而获得更多相位裕度。

    此致

    Marco Fogli