[参考译文] TPS40305：BP 至自举二极管损坏

Pete K 

非常感谢您提出这个问题。

我们通过 TPS40305看到的自举二极管故障的最常见原因实际上是选择了栅极电荷过多的高侧 MOSFET、导致过多的二极管电流使金属从 BP 熔断以使引导打开、 但这通常会导致 BOOT 较低、而不接近于 BP。  BOOT 与 BP 之间的低反向阻抗表明 BOOT 二极管存在"短路故障"损坏。

当 BP 启动金属化保险丝断开时：

BOOT 可能会非常缓慢地充电、但在高侧 FET 导通期间 HDRV 不会随 BOOT 上升。  HDRV 将上拉至 BP。

HDRV 的这种弱上拉会触发高侧过流、因此 TPS40305的启动将在 HDRV 上包含几个非常窄的脉冲、并可能在 SW 上产生、因为高侧短路保护限制了导通时间。

几个脉冲后、电流限制将在重试之前关断开关并在几个软启动周期内超时。

如果您看到该启动尝试、请尝试为自举二极管添加一个外部 BP。  如果电路使用外部二极管正常工作、则 BP 至 BOOT 金属化电路的保险丝开路。

开关上的负电压可能导致高 BP 引导电压、并引起 BOOT 至 SW 二极管故障。  SW 上的负电压由电感器电流路径中的寄生电感引起、该电感器电流与高侧 FET 关断和低侧 FET 导通后开关节点的寄生电容谐振。  由于高侧 FET 的关断会从栅极流出电流进入 HDRV、流出 SW 并返回高侧 MOSFET 的源极、因此不需要 BOOT 引脚、因此添加 BOOT 电阻器无效。

减少振铃的最佳方法是采用紧密的开关布局、这最大限度地减少了动态电流的路径、动态电流需要更改高侧导通周期和低侧导通周期之间的路径、以尽可能减少振铃能量。  这涉及在输入旁路电容器、同步整流器的源极(低侧 FET)和输出电容器的接地端之间保持一个非常紧密的环路。

通过将控制 FET (高侧 FET)的小漏极连接到同步整流器(低侧 FET)旁路电容的源极、以及与振铃频率匹配的自谐振频率和足够高的 ESR 以进行自阻尼、通常可以缓解开关节点振铃。  通常、1nF - 10nF 范围内的0402电容器是理想选择、振铃频率越高、理想电容就越小。

改进布局后：

但添加一个与 HDRV 或 SW 串联的电阻器会增加关断时间、从而减少负振铃。

向 SW 添加电阻器时、最好将电阻器与 SW 引脚串联、且自举电容器连接到开关节点侧、这样高侧 FET 的导通不会包含 SW 电容器、 但包含自举电容器和 HDRV 电阻器、以便可单独调节导通和关断时间。

或者、尺寸合适且经过优化的缓冲器可以吸收开关节点振铃能量并减少负振铃。  我附加了一个设计电子表格、以帮助优化缓冲器设计。

e2e.ti.com/.../1030.Snubber_5F00_Calculations.xlsx

如果您愿意分享原理图、也会有所帮助。

在我们现在通过电子邮件讨论此问题时、我将关闭此主题。