[参考译文] LP2951-N：现场故障

尊敬的 Phillip：

电流限制测试持续多长时间？ 我不认为在短时间内将器件置于电流限制状态一次会对器件的耐用性产生太大(如果有的话)影响、也不会预计器件会因此而损坏。  

此测试期间的功耗为(22V-14.4V)*(14.4V / 90 Ω)~= 1.2W。 数据表中的理想 JA 热阻抗为43.3 K/W。 然而,在论坛中的其他对话,这是理想的,可能是更糟糕的基于布局。[/报价]

我不认为它是"理想"的、因为它是测量和比较器件的标准化方法、但 JEDEC 标准中使用的布局未针对散热进行优化。 话虽如此、您的说法是正确的、因为实际的热性能可能更差或更好、具体取决于电路板布局。 使用 LDO 布局片段作为参考、我预计热性能可能比数据表中报告的 JEDEC 标准指标差、但也不会差太多。 12个以上的层中有多少是接地的？ 与使用大量较小的过孔相比、使用2个较大的过孔可能也会损害热性能。  

稳压器在低温(-40°C)但温度不高时会出现故障是否有任何原因？

我不知道具体细节、但我已经看到器件在之前的冷温度下启动时遇到问题、但这些故障非常罕见、因为器件的特征是低至这些冷温度、因此它们应该仍然正常工作。  

您是否有任何波形显示电源(22V)在输出时的样子？ 电源的性质是什么(即电池、整流变压器等)？

此致、

尼克

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我非常感谢您的迅速响应。

当前限制测试需要多长时间？

它未定义。 通常、此时间为几秒。 但是、验收测试中的任何内容都不会阻止它持续数小时。 我没有有关器件处于限流模式多长时间的数据。

有多少层>12层是接地的？

内部接地共有6层。

与使用大量较小的通孔相比，2个较大的通孔可能也会损害热性能。

同意、这同意应用手册的内容。

您是否有任何波形显示电源(22V)在出现时的外观？ 电源(如电池、整流变压器等)的性质是什么？

我没有22V 上升的波形。 我可以考虑收集该波形。 但是、 同一条22V 总线上还有4个其他 LP2951CSD/NOPB IC、可正常运行。 通常一次只有一个稳压器会出现故障。 22V 总线是直流/直流转换器输出上的整流总线。 所以、我们知道是基于运行的其他线性稳压器存在22V。

您是否对导致现场故障的原因有任何想法？ 实际上、我们十多年来遇到过这些故障、但需要找出解决方案。

尊敬的 Phillip：

未定义。 通常、此时间为几秒。 但是、验收测试中的任何内容都不会阻止它持续数小时。 我没有关于设备处于限流模式的时间的数据。

在我看来、即使是几秒钟的时间也相当长、因为该器件会将电流限制在大约1ms 的范围内、 但是、如果将其设置为电流限制达数小时(我想您只是提出一个要点而不是建议它是这样的)、这可能是一个问题。 如果这是几秒钟,我仍然不会期望它会显著降低预期寿命。  

内部接地层有6层[/报价]

在这种情况下、应该有相当不错的散热、因此我不认为热性能与数据表中的指标有很大差异。 如果我在没有看到电路板其余布局的情况下进行猜测、则会认为实际 RΩJA 处于 数据表指标的±20%范围内。  

但是、 同一条22V 总线上还有4个其他 LP2951CSD/NOPB IC 可以正常工作。 通常一次只有一个调节器发生故障。

是否始终是失败的同一个实例、还是大致随机的？

在检测到故障之前、器件在现场使用了多长时间？  

我猜您没有任何有关故障发生时的情况的数据-我认为您只能在现场遇到故障时才能获得部件。 因此、如果没有对此进行 FA 处理、可能难以解决此类问题、这需要提交退货。

此致、

尼克

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但是如果它被设置为当前数小时限制(我想你只是提出一个观点，而不是暗示它是这样)，这可能是一个问题

是的。 目前，没有什么可以阻止这种情况发生。

如果这是几秒钟,我仍然不会期望它会显著降低预期寿命。  [/报价]

好的、我将深入研究这一点、并尝试确定稳压器的测试平均持续时间、就像这样。 我会说、它至少需要大约几秒、可能几十秒。

[报价 userid="409494" url="~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1335902/lp2951-n-field-failures/5086119 #5086119"]我认为实际 RΩJA 在 数据表指标的±20%范围内[/报价]

太好了、谢谢。 目前、我仅假设+20%(52K/W)。 在正常运行中、会导致30mA 上升*(22V-18V) * 52K/W == 6.24K、这看起来微不足道。 在 ATP 下、在大约40C 的环境温度下、上升将~1.2W * 52K/W == 62.4K。 因此、结温仍会相当远地远离+150C。

是否总是同一个实例发生故障或是否几乎是随机的？

它大致是随机的。  它们都由相同的总线供电、并且位于同一个通用区域。

检测到故障之前，现场的设备需要多长时间？

平均约418小时。 在低侧、温度可能为-40°C；在高侧、器件的环境温度可能为~°C+70°C。 根据可靠性数据、时基故障率为每十亿小时2.2。 我没有将其转换为我们的温度范围、但我认为我们以某种方式对其施加过大的压力。 https://www.ti.com/quality-reliability-packaging-download/report?opn=LP2951CSD/NOPB

我猜您可能没有任何有关故障发生时的情况的数据-我认为只有当设备在现场遇到故障时才会返回。

有点复杂。 这些返回值会返回、并且稳压器显然出现了故障。 但是、有很多这种方法有时会起作用。 例如、我们现在正在测试一个稳压器通常工作的单元、但在-40°C 或左右、它不会上升到正确的电压。

在未完成 FA 的情况下，需要提交退货。

这是可以做到的吗？ 如果我们发送了完全发生故障的稳压器、以及其中一个在低温下发生故障的稳压器、您能获得更多信息吗？

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尊敬的 Philip：

完美，谢谢。 目前、我仅假设+20%(52K/W)。 在正常运行中、会导致30mA 上升*(22V-18V) * 52K/W == 6.24K、这看起来微不足道。 在 ATP 下、在大约40C 的环境温度下、上升将~1.2W * 52K/W == 62.4K。 因此、结温仍将相当远地远离+150°C。

是的、热性能似乎不是很重要。  

平均约418小时。 在低侧、温度可能为-40°C；在高侧、器件的环境温度可能为~°C+70°C。

这是相当短的寿命、可能会发生故障。 您认为环境温度在大多数温度范围内发生变化的频率有多高？ 这可能不容易估计。

是否可以做到这一点？ 如果我们发送的稳压器完全发生故障，而其中一个在低温条件下发生故障，您是否能够获得更多信息？

在最好的情况下、FA 可以确定器件级别的故障点。 有时是不可能的、但我以前看到过很好的结果。 如果你想走这条路,我可以把你指向返回页。

此致、

尼克

您认为环境温度在大多数温度范围内发生变化的频率有多高？

遗憾的是、我们没有产品生命周期内的任何温度数据。 我猜~40°C、但我不知道。 ~确实让电路经历了热循环、电路本身要承受-40°C 和 °C+70°C 多次。

对于正常工作的器件、在-40°C 下加湿一小时后、达到设定电压所需的时间为~30ms。 对于有时会发生故障的器件、在达到设定的电压后、在-40°C 下加湿长达~70ms。 因此、这些器件似乎间歇性发生故障、

我可以向您指出退货页面

我们是否遵循此流程？  www.ti.com/.../customer-returns.html

明白了。 是的、根据您掌握的信息、如果不进行 FA、就很难再进一步解决此问题。 您对提到的链接正确无误。  

对于单个器件、通常温度取决于电流限值。 电流限制在较高的温度下通常较高、但在不同的器件中并非总是如此、因为有多种技术工艺和设计会影响温度依赖性。 在 TPS709数据表提供的一个示例中、您可以在其中看到温度依赖性趋势也取决于其他因素：

LP2951-N 是在一个非常旧的技术节点上制造的、因此肯定具有不同的温度依赖性曲线。 猜它看起来是什么并不简单。  

您认为 PSPICE 模型没有对温度依赖性建模、这是正确的。 我们了解 LDO PSPICE 模型的缺点、并正在研究一种新架构来取代旧架构。

此致、

尼克

在数据表的绝对最大额定值中、表示功率耗散在内部受到限制。

关于热调节有一个注意事项、其中使用1.25W 脉冲进行定义。

内部功率限制是否为1.25W？ 我理解 SPICE 模型存在局限性、但我希望确保自己理解

在 SPICE 模型中、如果负载过大、稳压器将输出160mA、看似什么都没有。 然而、在实验室中、当输出电压停留在~5V 时、输出电流为~μ A 60mA。 (22V-5V)*~60mA = 1.02W ~= 1.25W。

我想我们现在更好地理解了这个问题。 负载主要由没有欠压锁定功能的小型直流/直流 SMPS 组成。 我们目前的领先理论是、在上电时为 LP2951稳压器提供22V 电压、输出电压开始上升。 一旦达到~7V、负载 SMPS 便会尝试启动、以拉取更多电流。 因此会拉低 LP2951的输出电压、从而导致 LP2951中的功耗增加。 如果直流/直流转换器无法拉取足够的电流来达到稳定状态、一切都将保持卡滞。

我将尝试在仿真中复制、但如果 LP2951始终可以为160mA 供电、电压似乎总是出现。 但实际上、如果电流输出降低以限制 LP2951中的功率损耗、则可以描述我们看到的情况。

尊敬的 Philip：

根据我从数据表中可以看出、真实的功率耗散限制并不存在。 对我来说、这种语言的内容近似于描述给定结温下的热关断、与现代器件中的热关断相似。 我找不到任何其他地方提到将功率限制在特定大小。 您指出的热调节规格(我认为)只是指预期的输出电压偏差与温度之间的关系。 在更现代的数据表中、这不是一个单独的规格、而是包含在负载/线路瞬态规格中。

然而，在实验室中，当输出电压停留在~5V 时，输出电流为~μ A 60mA。 (22V-5V)*~60mA = 1.02W ~= 1.25W。[/报价]

您能解释一下"停留在~5V 时"的意思吗？ 降低负载电阻时、输出是否下降到低于5V？ 如何测量输出电压？ 您是否在查看示波器或者您是否使用了 DMM？

我想我们现在对这个问题的理解要好一点。 负载主要由没有欠压锁定功能的小型直流/直流 SMPS 组成。 我们目前的领先理论是、在上电时为 LP2951稳压器提供22V 电压、输出电压开始上升。 一旦达到~7V、负载 SMPS 便会尝试启动、以拉取更多电流。 因此会拉低 LP2951的输出电压、从而导致 LP2951中的功耗增加。 如果直流/直流转换器无法拉取足够的电流以达到稳定状态，一切都将保持卡滞状态。

您能否捕获显示此行为的"焦点"镜头？ 这听起来像一个合理的理论,因为我已经看到这种类型的事情发生之前。  

我正尝试在仿真中进行复制，但如果 LP2951始终可以为160mA 供电，电压似乎总是出现。 但实际上、如果电流输出降低以限制 LP2951中的功率损耗、它可以描述我们看到的情况。

我认为 PSPICE 模型在此类测试中不会可靠。 动态性能的建模不够好。

此致、

尼克

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据我所知，从数据表中，没有真正的功率耗散限制。

好的、我同意您对数据表的解释。 我很快会向 EVAL 板进行验证。

说明在给定结温下的热关断类似于现代设备中的热关断。[/报价]

这种情况(通常)仅在浸泡在-40°C 后才会出现。 因此、我认为达到热限值的可能性较小。 ~、至少在我们的配置中、在电阻负载165mA 下、电流限制从+55C 时的~Ω 10mA 降低到-40C 时的~Ω 155mA、因此这可能是一个因素。

您能解释一下"卡在~5V "是什么意思吗? 降低负载电阻时、输出是否下降到低于5V？ 如何测量输出电压？ 您是否正在查看示波器或者您是否使用了 DMM？

我可以访问的唯一信号是稳压器的输出、该输出设置为18V、在大部分时间都可以工作。 输入为22V。 22V 总线上的其他器件也需要22V 电压、因此我们知道输入确实达到了需要的水平。

稳压器的初级负载是具有5V 输出的 SMPS。 请注意下面的示波器图、一旦 LP2951的输出上升到5V 以上、它就会骤降、我会将其解读为下游 SMPS 尝试启动。 在下图中、LP2951的输出无法再达到>5V。 由于 SMPS 的输出设置为5V、且其输入(LP2951的输出)不会超过5V、因此 SMPS 将尝试继续启动、但 LP2951仅无法提供电流。

~、我不明白的是、为什么电流仅达到 Δ V 65mA？ 我~是 μ V 160mA。 如果它达到热限值、为什么在-40°C 但不在+55°C 时会发生。 或许是因为在+55C 时有更多的电流、从而使它不会停留很长时间？ 在-40°C 的这种情况下、这种卡滞情况下的功耗为~μ A (22V-5V)* 65mA = 1.1W。 似乎在启动前、如果我们在-40°C 下浸泡很长时间、这无法达到正确的+150C 结温限制？

我现在有了评估板、我很快就可以获取更多数据。

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尊敬的 Philip：

此情况仅在浸泡于-40°C 后发生(通常)。 因此、我认为达到热限值的可能性较小。 ~、至少在我们的配置中、在电阻负载10mA 下、电流限制从+55°C 时的~μ V 165mA 降低到-40°C 时的~μ V 155mA、因此这可能是一个因素。

为此、我指的是数据表中的热调节规格、而不一定是您在出现故障的器件中看到的规格。 我同意在-40°C 时热关断的可能性很小。 电流限制预计会随温度变化(尤其是对于像这样的旧器件)、但我绝不会期望电流限制漂移到器件的指定最大电流以下、因此在我看来、在65mA 处似乎不太可能达到电流限制。 当您可以在评估板上获得测量值时、它会点亮以看到直流/直流输出、 因为在您提供的波形上、看起来不像是直流/直流转换器试图反复启动、因为在这种情况下、我希望看到 LDO 输出重复骤降、但看起来它会稳定到~5V 并保持平坦。 这就提出了问题-如果不连接到直流/直流转换器、65mA 将去往何处？   

我不明白的是什么,为什么电流只能到达~65mA？ 我~是 μ V 160mA。 如果它达到热限值、为什么在-40°C 但不在+55°C 时会发生。 或许是因为在+55C 时有更多的电流、从而使它不会停留很长时间？ 在-40°C 的这种情况下、这种卡滞情况下的功耗为~μ A (22V-5V)* 65mA = 1.1W。 如果我们在开始前长时间在-40°C 的温度下浸泡，这似乎无法达到+150°C 的结温限制是否正确？

我不明白为什么它也只提供具有5V 输出的65mA。 这听起来具有砖墙式电流限制的特点、但正如我之前提到的、电流限制似乎不太可能改变这么低的值。 在评估板上、您可以通过调整 LDO 的负载阻抗来进行测试、然后查看输出电压是否根据 VOUT = RLOAD * 65mA 发生变化。 我高度怀疑结温是否会接近150°C。  

此致、

尼克