[参考译文] TPS5432：低侧 MOSFET 烧毁的可能原因

大家好，  

-您能否确认是否有任何外部组件(BOM)/布局从旧设计更改为新的 TPS5432设计

-您能否确认是否有任何外部组件(BOM)/布局在系统级别从旧设计变为新设计而可能影响 TPS5432。 例如、前置稳压器/负载等

-是否有任何其他电源/电路连接到输出端,从而将输出电压拉至高于输入电压?

-如果可能,您能分享完整的原理图和布局吗?

-

我已经尝试在实验室中重现故障几周了，但到目前为止还没有成功。

这是否意味着故障在现场发生、您在实验室中找不到任何问题？

-你有没有任何范围的图与我们分享.

-既然您正在重新设计,我强烈建议您使用我们最新的设备之一。

此致、

进纸器

尊敬的 Febin：

-我们正在重新制造与现在相同的板,所以布局没有改变。
BOM 也是相同的、我敢肯定电感器是之前使用过的相同元件、但对于陶瓷电容器和电阻器、值与之前相同、但可能可以使用其他制造商提供的具有相同规格的替代产品。

-是的,在系统级别有一个变化,所以12V 输入电源是不同的,但我想如果有任何问题,如过压尖峰或其他,这将被5V 级(U103)过滤。 或者至少我应该在5V 级而不是3V3上看到缺陷。

-没有,没有什么可以将 Vout 拉高到 Vin 以上

-很遗憾我无法在这里分享完整的原理图或布局

-是的,故障发生在现场,但我不能在实验室中重现它

下面是一些已完成的测量的示波器图：

这是我通常在功能板上的 PH 引脚看到的、下方的图放大了开关时刻：
任何东西似乎都超出了绝对最大额定值
 

尽管在电路板断电时、有时我看到 TPS5432会在短时间内再次开始切换、 此时会注意到更高的尖峰、
 
这些尖峰似乎超过了7V 限值、但仅持续了约1ns、我不确定这是否危险、但我完成了一项寿命测试、超过10、000个周期、发现了这些尖峰、但仍然没有重现芯片故障。 您对这些尖峰有何看法？

更深入地探索一下、当 PH 看到的平均电压高于 Vin 的几个开关周期时、尖峰似乎会在断电期间发生、或者至少这是我对测量的理解
 
老实说,我不能确切地解释为什么这种行为发生了几次,但我仍然试图更了解这一点。

当时的计划不是重新设计板卡、而是使用原有的硬件、这就是我目前还没有考虑新的芯片的原因。

我希望这些 Infos 可以帮助您更好地了解这个问题。

如果您可以说明可能导致此类故障模式(引脚3与引脚4短路)的其他一般根本原因、这对我也非常有用。因此、我可以尝试检查此设计中是否存在此类原因。

此致
Moamen

大家好，  

尖峰似乎超过7V 限制，但仅持续约1 ns，我不确定这是否危险，但我已完成了一项寿命测试，超过10,000个周期，这些尖峰被注意到，但仍然未重现芯片故障。 您对这些尖峰有何看法？

我能想到的是、如果尖峰在实验室中超过7V、我们就无法避免尖峰在现场变为高于7V 或也可能超过1ns 的可能性。  

进一步研究，当 PH 在几个开关周期内看到平均电压高于 Vin 时似乎会发生尖峰，或者至少这是我对测量的理解[/报价]

黄色表示 PH？ 尖峰是否不会达到约12V？ 您能否使用较小的时间刻度来了解这些12V 尖峰的持续时间？

为什么在断电期间输入电压接近2V？

这是否意味着设备未正确关闭？

此致、

进纸器                   

尊敬的 Febin：

黄色表示 PH？ 尖峰是否不会达到约12V？ 您是否可以使用较小的时间标度来了解这些12V 尖峰的持续时间？

是、黄色为 PH、绿色为 Vin、粉色为 Vout (在输出电容器上)

此快照显示了尖峰的详细信息

为什么在断电期间输入电压接近2V？

这是否意味着设备未正确关闭？

[/报价]

这时负载停止消耗大量电流、电容中仍有一些电荷。

在电容放电且电压降至零之前、大约需要800-900ms 的时间。

此致
Moamen

大家好，  

在上面的示波器图中、Vin (绿色波形)没有达到0V？  Vout (粉色)似乎下降、然后恢复到~2V？ 为什么会发生这种情况？

我想如果您分享完整的原理图、会对您有所帮助。 如果您愿意、您也可以私下发送此邮件。

此致、

进纸器

尊敬的 Febin：

在上述示波器图中，Vin (绿色波形)无法达到0V？

正如我之前的注释中提到的、电容器放电所需的时间比此快照所涵盖的时间长一点

我更深入地了解了数据表、做了一些额外的测量、现在我想我可以解释发生了什么。

12V 输入电源具有相对较大的输出电容、需要几秒钟时间才能完全放电。
尤其是在所有负载都关闭后、5V 转换器(初始 POST 中的 U103)进入 UVLO 后。
由于 U103的 EN 引脚保持悬空、因此使用内部阈值、即介于4V 和4.5V 之间、 根据 TPS54620的数据表、迟滞为150mV。

在关闭后的第一毫秒上放大、您可以看到与前面文章中5V 和3V3转换器再次开始切换的快照类似的行为
  

进一步放大发生这些开关重新启动的时刻、可以发现5V 转换器(U103)首先启动、不久后启动3V3转换器(U104)

我对这种行为的解释是、在关断期间、当所有负载都关断时、12V 电压轨(U103的输入)会保持在 U103的 UVLO 阈值附近。
但是、由于12V 输入电源与 U103输入之间的连接电感、12V 电压轨将再次略微超过 迟滞 限值、并且 U103将再次启用、进而将5V 电压轨推到 UVLO 阈值 U104以上 ( 根据 TPS5432的数据表、具有0.2V 迟滞的2.6V 至2.8V)、随后3V3转换器将尝试再次启动。
现在、这种额外的电流需求会导致12V 电压轨下降、并且此循环会重复几次。

但为什么3V3电源轨下降到零、以及是什么导致 U104的 PH 引脚上出现此高压尖峰？

这是由芯片的软启动和反向电流保护机制造成的。
根据数据表、芯片会将输出调节为内部基准电压或 SS 引脚电压的最小值、在该启动时 SS 引脚上的电压为零、但输出是预偏置的。
 

U103的反向电流保护功能经过精心设计、具有低侧 MOSFET 上的电流限制和 SS 阈值
  
  

U104并非如此、这里只取决于对低侧 MOSFET 上电压的测量、它似乎实现了逐周期限制、因此低侧 MOSFET 实际上会对预偏置输出进行放电、直到保护功能开始生效。
   
   

但这种保护方法似乎并不是真正有效的,因为这个问题是面临很多人。
我在论坛中搜索了与 TPS5432相关的帖子、并在 这里、这里、  这里、这里  和 这里发现了同样的问题、
但特别有趣的是 这个帖子、 库尔特·德·维特 在他的一篇评论中强调了低侧 MOSFET 的电流保护限值与绝对最大额定值之间存在的差异、他似乎对他的问题也做了很好的分析、这与这里的"开始预偏置输出"类似

我也同意  库尔特·德·维特 数据表的"反向过流保护"部分有一点误导。
我认为此芯片的文档应明确强调或列为勘误表、以便为您的客户节省大量的时间和精力来调试此类错误。

此致、
Moamen

大家好，

由于这是一款非常旧的器件、我找不到任何进一步的解释来解决您的问题。 我会将您的反馈添加到我们的工作日志中。  

我们的产品系列中有高效的新型转换器。 请在您的未来设计中考虑使用这一器件。

你还有其他问题吗？

此致、

进纸器

尊敬的 Febin：

很抱歉这么晚才回复、我们在过去几天有假期。
我目前没有其他问题、感谢您在这方面的时间和支持。

此致
Moamen

感谢确认。