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[参考译文] TPS2493:过压保护故障会损坏外部 MOSFET

Guru**** 2503155 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS2493

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/1383023/tps2493-over-voltage-protection-fault-damages-external-mosfet

器件型号:TPS2493

工具与软件:

我有三个 使用 TPS2493的原型 PCB、并注意到在客户现场工作时、有时需要下电上电才能清除  故障情况。  我决定更仔细地 看看热插拔电路。  当我返回实验室时、这两个原型都短接了与 TPS2493相关的外部 MOSFET。  测试中未使用这两个电路板、但之前都已通电。

我更换了两个电路板上的 MOSFET、其中一个电路板的栅极驱动信号看起来正确(比 MOSFET 源极电压高~12V)、但在第二个电路板上、栅极驱动信号 基本上与 MOSFET 的源极电压相同。  这可能表示 TPS2493在该电路板上损坏。  我继续使用良好的电路板进行测试。

该电路所处的系统的标称输入电压为28V、可能的范围为21-31VDC。  10A 连续电流是电路最不能处理的(具有非常低的占空比)、但电源 可以提供高达40A 的短暂瞬态。

我注意到、在欠压条件下、当输入电压超过 UVEN 的使能电压时、TPS2493会关断、并正确恢复。  栅极驱动信号比 MOSFET 源极电压高~12V。  但是、当我将电压增加到33V 时、过压阈值、MOSFET 会按预期关闭。  但后续重新启用电路的尝试表明 MOSFET 在漏极与源极之间短路。   栅极驱动器不再高于 MOSFET 源极电压+12V。  需要更换 MOSFET 以恢复 GATE 引脚处的栅极驱动。

其他几点:
已验证我正在使用的 MOSFET 具有与适用于48V 版本 BOM 的 TPS2493 EVM 电路类似的规格。  VGS 为+/-20V、N 沟道60V 23A (Ta)、135A (Tc) 3W (Ta)、100W (Tc)

 在此测试期间、TPS2493没有有源负载(负载的~50mA)。 但是、有大约1760uF 的电解电容(8x220uF)会充电。  在计时器引脚上未检测到电流故障或重试信号。

我在栅极引脚与地之间添加了一个1K Ω 串联6800pF 电容器。

在 MOSFET 栅极和源极之间添加一个15V 齐纳二极管。

在 MOSFET 后跨 TVS 添加了一个肖特基二极管。

电路原理图。

   


欠压故障条件和初始上电运行正常。



过压故障看起来正常。  MOSFET 栅极关断并跟随 MOSFET 漏极电压下降。  但随后 MOSFET 短路。   

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    尊敬的 Lon:

    栅极上的1k 电阻将影响 OVP 事件期间的关断响应、并可能导致多次导通/关断、使 FET 承受应力  

    请将其减小到47欧姆并进行测试。

    此致  

    Rakesh  

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    我 移除了禁用 功率限制特性的 R43。   然后、我将栅极引脚上的1K 电阻器更改为47欧姆。  我将 MOSFET 封装更改为 D2PAK (IRFS3806TRLPBFCT 60V 43A 12m Ω)。  我已经使 MOSFET 能够承受过压情况。

    然后、我在28V 输出(TP42)和接地端之间放置了一个1 Ω 电阻器以测试短路。  控制器应在12.5A 时触发电流保护。  我的28V 电源  将电流 限制设置为6.5A。  它可以在电流限制生效之前的短时间内提供更高的电流。  我预期这个测试将更温和地尝试测试短路。  当我连接"短路"时、示波器上振荡的计时器引脚、然后 MOSFET 在漏极-源极之间短路。

    在 具有从栅极到接地的串联电阻器/电容器已移除的第二个电路板上、在电源受电流限制时、栅极驱动器不会熔断。 但当我将电源的电流限值增加到>12.5A 时、TPS2473由 R36设置的限值、MOSFET 再次被烧断。  

    TPS2493数据表的计时器部分第8页显示了这一点。

    TPS2493保持不变 栅极接地 在一个时序序列(包括放电计时器低至1V、然后再运行15个充电和放电周期)之后、计时器在尝试重新启动(重新启用栅极)之前到期。"  

    它真的这么做吗?

     示波器上的 GATE 引脚被拉至 MOSFET 源极电压、不应接地。  我使用28V 电源、MOSFET 的额定电压为+/-20V Vgs。  在源极仍为28V 时将栅极拉至接地会 损坏 MOSFET。

    此外、我似乎不会重复部分中所述的 PLIM 计算 2.选择 M1 和部分 3.选择功率限制 PLIM 和 PROG 电阻器 R4和 R5。



    使用我的 MOSFET 的值、我得到的 PLIM 值为9.5W、VPROG 为0.076V。  VPROG 声明为  建议的最小值为0.4V。  。
    数据表计算得到 VPROG 合理值的唯一方法是声明 MOSFET Rthetaja 和 Rthetajc 可随着铜和气流的增加从40C/W 减少到10C/W  125C 时的 Rdson 将为1.18m Ω。  我根据195W 的 PLIM 为数据表中所述的 MOSFET 计算出0.39V 的 VPROG。

    我想知道数据表中用于计算249W 的值。  似乎只能通过与 MOSFET 的热特性完全分离来得出该值。
     

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    您好!

    禁用功率限制功能的动机是什么?

    您的问题是否通过降低门中的1k 得到解决?  

    如果输入电源受电流限制、则 VIN 会下降并达到 UVLO、从而导致频繁重新启动并使 MOSFET 承受应力。 您是否有任何测试波形?

    BR、

    Rakesh

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    别提、请使用设计计算器进行功率限制计算。

    谢谢

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    我禁用了功率限制、因为我无法使数据表中的公式与数据表中的结果保持一致。  我决定独立测试电流限制、然后重新加入功率限制。   

    从1K Ω 变为44 Ω 没有影响。  我已经从栅极到地移除了串联电阻器和电容器。

    电流限制的初始测试正常。  TPS2493配置为12.5A 的电流限制。  电源限制为~16A。   施加短路时、电流为~12.3A。  但是、当我将电压增加到应用电压(从20V 增加到28V)时、导通元件 MOSFET 再次短接。

    这是 20V 测试期间某些引脚的示波器捕获。


    我已经浏览过计算器和视频教程、有些内容不清楚。  我假设 D2是 TVS、它与输出网络并联。  D2的作用点是什么?  似乎 阳极应接地。


    在 MOSFET 选择中、目标似乎是排列值、使得图表中绿色的"降额温度 FET SOA"应低于红色的"典型器件 SOA 限制"。  但是会发生一些变化、例如减小估算的 MOSFET Rthetaja (这应该表明更好的散热条件)、这会使绿线远离红线。 因此我假设 "典型器件 SOA 限制"仅供参考、绿线应与所用 MOSFET 的实际数据表进行比较。  是这样吗?



    根据计算器工作表、我将电路修改为以下电路。  但在制造新的 PCB 之前、我仍在测试旧电路。

      


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    尊敬的 Lon:

    nitial testing of the current limit worked.  TPS2493配置为12.5A 的电流限制。  电源限制为~16A。   施加短路时、电流为~12.3A。  但是、当我将电压提高至应用电压(从20V 提高至28V)时、导通元件 MOSFET 再次短接。

    Rakesh->在高 VIN 下、在电流限制模式下、功率应力(VIN *电流限制)可能很高、从而导致损坏。  

    [报价 userid="524509" url="~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1383023/tps2493-over-voltage-protection-fault-damages-external-mosfet/5307749 #5307749"]我已经浏览过计算器和视频教程、但有些内容尚不清楚。  我假设 D2是 TVS、它与输出网络并联。  D2的作用点是什么?  似乎 阳极应该接地。[/报价]

    Rakesh->感谢您指出。 D2的阳极应接地

    在 MOSFET 选项中、目标似乎是排列值、使图表中绿色的"温度降额 FET SOA"应低于红色的"典型器件 SOA 限制"。  但是会发生一些变化、例如减小估算的 MOSFET Rthetaja (这应该表明更好的散热条件)、这会使绿线远离红线。 因此我假设 "典型器件 SOA 限制"仅供参考、绿线应与所用 MOSFET 的实际数据表进行比较。  正确吗?

    Rakesh->正确

    BR、

    Rakesh