This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] LM5122:上电后器件损坏

Guru**** 2524460 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5122

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/1367513/lm5122-device-damage-after-power-up

器件型号:LM5122

工具与软件:

您好!

我们具有采用 LM5122的升压器设计、并且在 ATP 后我们会收到一些损坏的器件。 ATP 期间的馈电电源提供20V 电压、电流限制设置点为3A。 上电后立即发生故障。 PSU 的设计数据如下:

- Vout = 66V(最大值) 0.8A (大约50W 输出功率)

-输入电压= 18-33V (典型值28V)

-开关频率约为210kHz.

-通过感应电阻器的初级电流限制设定点大约5A (0R015 )。

设计工作原理正常。 但是、当为实验室电源提供电流限制设置点为3A 且远低于 DUT (5A)的电流限制时、我们面临 PSU 无法正常启动的问题、因为输入电压下降。 这种行为是可以的。 问题是对于某些单元、功率元件发生故障(低侧开关 MOSFET)和 PWM 控制器(LM5122)。PWM 控制器故障模式和影响似乎不同。 有时 SW 节点与 AGND 之间存在短路。 另一个影响是 VCC 引脚对地短路。

我测量了这种情况下的启动情况(Vin=20V、3A 电流限制设定点)、并发现有时低侧导通时间相当长、这是我不明白的(请参阅下面的屏幕截图)

如果由于馈送电源的电流限制设置点过低而达到 UVLO 阈值、则首先完成从上电到第一个开关的序列。

下图是正常切换的细节。 需要注意的是、脉冲宽度随时间的增加而增加、

下一个图:细长脉冲宽度不可避免:

请注意、对于详细的屏幕截图(2-3)、我已关闭通道3、以重点关注最重要的信号。

首先、周期时间要比正常情况下长、其次是短关断脉冲。 该缩放区域的输入电压没有下降。 实际上、在这种情况下、我无法看到损坏案例。 不过,我有以下问题:

Q1:LM5122在启动(电压斜升阶段)期间生成的最小和最大脉冲宽度是多少?

问题2:什么原因可能导致上一屏幕截图中显示的异常长导通脉冲?

Q3:LM5122内部逻辑/状态机是否有可能被切断并永久地控制低侧 MOSFET?

当然,启动应在给水供应的适当电流限制下进行。 但是、我绝不会期望器件发生故障(PWM 控制器本身或开关 MOSFET 之一)。

提前感谢!

安德烈亚斯

  • 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。

    尊敬的 Andreas:

    感谢您使用 e2e 论坛并详细描述了问题。

    您已经提到过、当应用需要支持负载和为输出电容器充电时、限制低于器件峰值电感器电流限制的电源电流会导致启动失败。 如果 Vin 下降、升压比会变大、导致占空比更高和输入电流更大、从而使 Vin 下降得更多、等等、直至 UVLO 触发。

    对于长低侧脉冲:

    数据表列出了 LO 栅极的最短导通时间和强制关断时间。

    典型的强制关闭时间为330ns。 这似乎与波形中长 LO 脉冲后的关断时间匹配。
    这意味着该脉冲仍在数据表规格范围内、不能视为 故障 行为、也不应对 IC 有害。
    但是、我同意这种说法:器件仅发送一个最大占空比脉冲、然后返回"正常"占空比、这令人困惑。

    若要进一步了解长脉冲条件下可能的源、如有可能、查看原理图可能会有所帮助。
    您能否确认该长脉冲是否仅在启动期间或正常运行期间发生?

    关于对 IC 造成的损坏:
    SW 引脚的绝对最大额定值为105V。
    您能否在启动期间对 SW 信号进行放大的波形测量、以便我们可以看到 SW 电压有多高?
    如果引脚上出现强过冲(尤其是如果我们看到不同的 LO 脉冲长度)、此处可能会超出绝对最大值。
    这会解释 SW 或 VCC 引脚上的短路。

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

  • 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。

    您好、Niklas、

    感谢您的答复和信息。 到目前为止、我还没有认识到这种强制关闭时间的规格。 因此、最大导通时间由周期时间减去最短关断时间(大约330ns)得出、不是吗?

    开关节点电压。 根据我的测量结果、开关节点电压尚未达到或超过目前为止的最大额定值105V。 但实际上、我无法发现 MOSFET 或 PWM 控制器出现了新的损坏情况。

    我不明白的是、长脉冲出现如此不规则。 这到底是什么时候发生的呢?

    有了适当的电流限制供给设定点(例如6A)、我看不到这些长脉冲-因此行为完全符合预期。

    提供的屏幕截图显示了上电后立即显示的时间(在单次模式下在上升沿触发)。 在下面您可以找到新的测量值。

    1) 1)包含信道分配信息的概述

    2)放大区1可查看多个长脉冲

    3)将区域2的细节放大为一个长脉冲序列

    因此、基本而言、如果这是 LM5122的正常行为、我们必须设法处理。

    如果我可以支持进一步的测量、请告诉我。 我必须要明白,在那里发生了什么。 低侧 MOSFET 可能会由于这种脉冲式干扰(?!)而承受过应力

    感谢您的支持。 我真的很感激!

    此致、Andreas

  • 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。

    尊敬的 Andreas:

    所以最大准时度是周期时间减去最短关闭时间大约为330ns,是不是吗?

    是的、这是正确的。

    感谢波形。
    似乎长脉冲在随机时间出现在集合中。
    我不确定这种行为是否可以修复/优化、但肯定的是我们至少可以找出这些脉冲的原因。

    如果您愿意进行更多测量、我建议接下来测量 COMP 引脚。
    FB 和 COMP 对于定义占空比非常重要。 FB 变化是由 Vout 的下降/上升引起的、但由此引起的占空比变化较慢、不应影响单个周期。
    COMP 引脚速度要快得多、并且可能在较长的 LO 脉冲期间显示异常峰值。

    要检查的附加信号是 SS 和 VCC。 如果其中一个信号下降、则表示器件正在复位。

    此致、
    尼克拉斯

    请注意、德国明天是公众假期、因此其他回复可能会延迟至周五。

  • 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。

    您好 Niklas、

    感谢您的答复和信息。 我已经测量了您建议的软启动引脚 VCC 和 COMP 上的电压。 由于开关噪声、我不得不使用标准无源探头进行多次测量。 通过所提供的示波器屏幕截图、我已将非常短的 GND 引线(弹簧)用于通道1。 仍然存在耦合开关噪声、但我不能得到更好的结果。 示波器设置始终与测试期间更改的唯一通道1信号分配相同。

    1) 1)概述、其中包含捕获的软启动(ch1:软启动、ch3:输入电压、ch4:低侧开关的 VGS)

    2)用长脉冲缩放细节-软启动

    3) 3)使用捕获的 COMP 信号进行概述(ch1:COMP、ch3:输入电压、ch4:低侧开关的 VGS)

    4)用长脉冲放大细节- COMP

    5) 5)概览、其中包含捕获的 VCC (LM5122引脚19)信号(ch1:VCC、ch3:输入电压、ch4:低侧开关的 Vgs)

    6) 6)使用长脉冲放大细节- LM5122的 VCC 引脚

    我在这里看不到信号有任何问题。 如果发生长脉冲、VCC 始终处于范围内。 此外、从我的角度来看、COMP 和软启动引脚信号似乎正常。 你同意吗?

    我已经检查了计算结果、这种长脉冲序列似乎会在低侧开关中产生非常高的电流。 如果您看一下最后一张图片、即随后的三个长脉冲、则总长度约为10us。 我们将47uH 扼流圈用于升压器。 输入电压约为17 - 18V、在此期间会发生这种奇怪的脉冲序列。 I calulate 一个电流为:

    di=L x Vin / t (on)= 47uH x 18V / 10us =>大约84A! 当然、这里有长度均为330ns 的强制关闭脉冲。 不过、短关断脉冲只会使电感器放电更轻、因此在短关断脉冲期间电流衰减一点。 因此、最终电感器电流的最终值可能会更加宽松。

    如果一个序列中出现几个长脉冲、所使用的类型为 BSC250N10的 MOSFET 可能会受到过应力。 实际上、我的原型设计中有一个 BSC160N10、它具有好得多的数据。

    关于我的分析是否有任何评论/更正?

    下面是我的下一个问题:

    Q1:LM5122是否为预期的长脉冲行为、我们可以预期的最大脉冲长度是多少?

         Q1与一个短脉冲序列的总长度以及此类脉冲序列的预期周期(因此每个长脉冲序列之间的最短时间)相关

    Q2:从设计的角度来看、我们是否可以做任何事情来消除这个长脉冲?

    我们为两个具有相同电源的项目提供了两种完全不同的设计(PCB 布局)、并且两者表现出相同的行为。 布局完全不同、我预计项目中不会出现某个布局问题。 但是、我将仔细检查您可以为我们提供的任何布局设计提示、以消除/缓解此行为。

    我期待收到您的回复。

    此致、Andreas

  • 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。

    尊敬的 Andreas:

    感谢您提供测量报告。

    我同意信号行为是可以的。 我唯一担心的是 VCC 和 SS 上确实存在大量的噪声。 如您所述、这可以只是测量噪声、但由于您已经切换到了探头上非常短的接地回路、它也可能来自布局本身。

    我建议对该设计进行原理图和布局审核。

    关于您的问题:

    di=L x Vin / t (on)=47uH x 18V / 10us =>大约84A!

    该器件实施了过流保护、因此即使该稳压会长时间提供异常高的占空比、OCP 也会限制电感器电流并关断器件。

    Q1:我不知道有任何实现会 有意产生这些最大占空比脉冲。
    正如我们讨论过的、强制关闭时间是固定的。 导通时间基于开关频率。 因此、最大占空比脉冲长度应为:
    1/FSW -强制关闭时间

    Q2:如果您能提供原理图和布局文件、我可以查找常规设计改进。 这个运行方式确实与噪声相关、但是正如您已经提到的那样、具有完全一样噪声运行方式的两个不同设计/布局不太可能。

    我还将邀请我们的设计团队来研究器件的内部、以检查如何从逻辑侧触发这些长脉冲。

    我会在下一个工作日开始时回复您、并提供有关此问题的反馈。

    此致、
    尼克拉斯