[参考译文] TPS62170：高 VIN 输入损坏

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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1274344/tps62170-damage-on-high-vin-input

器件型号：TPS62170

您好！

我们将在解决方案中实现 TPS62170直流/直流转换器、该转换器即采用电池供电、最大输入电压高达16.8V (4芯串联电池)。

我们正在遇到这样一个问题、即在大量情况(两位数百分比)下、TPS62170在连接 VIN 后的<1秒内遭到严重损坏。在某些情况下、会有噼啪声和少量魔术般的烟雾、而在其他情况下、TPS62170着火。在较低的电压(~5V 输入电压)下、器件可以正常运行。

我们选择的组件如下：

C7 CAP (VIN) PN：CL10A106MA8NRNC (0603、10uF、25V)
L2 IND (SW) PN：MBK1608T2R2M (0603、2.2uH、Isat 0.52A)
C3 CAP (VOUT) PN：CL10A106MA8NRNC (0603、10uF、25V)
利用470k 和150k 电阻器、可将输出调节至~3.3V。

原理图：

注：此器件有2个连接器、D6二极管将电源轨分开、因此连接器2无法对连接至连接器的电池1施加电压

电路板布局：

注意：我们使用的是覆盖铜的过孔、因此 PCB 上没有物理孔。

顶层和底层的 VIN 覆铜线迹：

我已阅读过 TI 论坛上此处提供的类似主题、假设由于电容(VIN)和 PCB 迹线、连接器和电池线引起的电感的组合、VIN 稳定性存在问题。请您提供对这个假设的见解吗？但更重要的是、您对如何防止这一问题有什么建议吗？最终、我们正在积极调查该问题、但是、对于我们应该关注哪些方面以及我们应该采取哪些具体措施、您可以提供的任何指导都将非常有帮助。

感谢您协助我们解决此问题。

此致、

米沙尔·塞贝斯塔

1 年多前

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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您好、Michal、

是的、回答正确。这种损坏很可能是由 VIN/SW 引脚过压导致的。您可以在数据表中找到最大输入电压为20V。

但是、由于此器件的额定输入电压为17V、因此使用16.8V 输入确实存在风险、因为根本没有裕量。

当我们使用16.8V 的高输入电压时、SW 到 GND 的电压可能会有很大的振铃并超过限制、造成严重损坏。最可能首先损坏的器件是低侧 MOSFET。您可以尝试捕获 SW 的波形、并使用全带宽探头观察高侧 FET 导通时的振铃。

振铃与输入寄生电感和输入电容有关。

为了减少振铃、我们通常有以下方法。

1.优化布局。

从 D6到 VIN 引脚的输入布线太长太细、这可能会导致较大的寄生电感。应避免长距离并联接线以及窄布线。

我们建议使用输入覆铜、并且输入电容应尽可能靠近 IC 引脚放置。

2.更改较大的输入电容。 0603 10uF 25V 电容的降额可能为-80%、输入电压越高、输入电容越低。或许0805电容器会更好。

3.如果振铃尖峰太高，可以尝试在 SW 和 PGND 之间添加一个 RC 缓冲器来降低它。

如果您还有其他问题、敬请告知。

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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您好、Athos、

很抱歉迟到了回复。我们做了一些测量、我的同事正在准备一些屏幕截图、以便我可以在此处发布。我们将根据您的建议优化布局并放置一个0805电容器。

在头脑风暴中针对此问题提出了使用 TVS 二极管的想法、根据您的经验、这个选项是否有效？我知道二极管断电电压可能始终高于20V (TPS 的绝对最大值)、以实现>17V 的4S 电池钳位电压。即使会超过绝对最大额定值、它也应该可以防止我们现在看到的尖峰、在振铃期间、VIN 何时会翻倍？我们是否遗漏了一些东西、或者这是否也是应对该问题的合理选择？另外一个额外的好处是、我们可以在 VIN 轨上获得更好的 ESD 保护、

感谢您的支持、祝您愉快！

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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您好、Michal、

我很少看到使用 TVS 的解决方案。 SW 和 GND 之间的 RC 缓冲器可能是一种常见的解决方案。

但在16.8V 的高输入电压下、您是否可以将器件更改为具有28V 输入绝对电压的器件？可能很难将尖峰优化到20V 以下。

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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您好、Athos、
我是 Michal 的同事。
感谢您的建议。
我做了一些测量、想要分享一些结果：

使用机械开关接通电源时出现火花-电源连接器(VCC IN 连接器2 )。
橙色 VIN、蓝色 SW

使用机械开关接通电源时出现火花-电源连接器(VCC IN CONN1 )。
橙色 VIN、蓝色 VCC 处于 CONN1模式

因此、在本例中、问题是电弧导致 VIN 上出现过压。路径中的二极管将 C 与电源线隔开、并出现"无振荡"。并且过冲减小。

VIN 出现火花、但 TVS 降低：

因此、在器件设计的下一个版本中、两个连接器的路径中都有二极管、然后是芯片磁珠或电阻器、再是 TVS 或齐纳二极管、然后是带 TPS 的电容器(现在为0805)...

在 SW 侧、我没有进行任何调整、因为我在示波器上没有看到任何问题-峰值没有超过 VIN。

只是为了录音。我反复测试过、通过缓慢增大电压、TPS62170即使在30V 下也能工作。在30.2V 时、它将进入硅地狱。

由电池供电(16.8V)时、可靠地杀死它的原因就是连接电池时出现电弧所导致的过压-电压达到输入端电压的两倍。

我将测试铁氧体+tVS 或电阻+齐纳二极管、还是电阻器更适合消除过压。

感谢您提供的建议、希望我们的问题可以在设计的下一个修订版本中解决。

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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尊敬的 Marek：

在10月7日 CN 假期结束后,Athos 会给您回复。

BRS

资旭

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

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尊敬的 Marek：

不错的发现

在最大输入电压方面、有些器件甚至能够在30V 的电压下工作、但 TI 无法保证超过绝对20V 的电压性能。

如果您还有其他问题、敬请告知。

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