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[参考译文] BQ25820EVM:Q2 MOSFET 在连接电池后损坏

Guru**** 2387830 points
Other Parts Discussed in Thread: BQ25820EVM, BQ25820, BQ25750, LM7481
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/1443639/bq25820evm-q2-mosfet-damaged-after-connecting-battery

器件型号:BQ25820EVM
主题中讨论的其他器件: BQ25820BQ25750LM7481

工具与软件:

大家好!

我最近购买了 BQ25820EVM 评估板、因为我们正在考虑为当前设计使用 BQ25820充电 IC。

在我们的应用中、我们想使用该 IC 为可拆卸的12S 电池充电。 用例是将充电器插入电源、 应可以随时随该外部电池提供、并将其插入充电器电路、从而使其开始充电。 在我们正在使用的设计中、有一个微控制器可检测电池的 BMS。插入电池后、微控制器激活 BQ25820的"使能"引脚、以便开始对电池充电。

在评估板中对其进行仿真的方式是、断开使能跳线、插入输入电源(60V)、然后插入电池、再连接使能跳线以便开始充电。 我知道该评估板不是针对此输入电压设计的、但我们更改了评估板上的不同电阻器以实现此类输入电压限制(我们已 配置50V 至63V 的输入电压范围)。 我们还为电阻器配置了53.4V 的充电电压和7.5A 的充电电流。我认为这应该在电路板的硬件限制范围内。

将这些电阻器焊接到电路板上后、我们已经使用这种方法成功地为许多电池充电、而没有任何问题。 今天下午、我们返回进行更多测试、打开电源、断开使能跳线、当我们连接电池时、评估板会发出"砰砰"声、并且评估板输出电源轨的 Q2 MOSFET 现在会短路(我们已对其进行拆焊并进行测量)。 它是我们以此方式销毁的第二个评估板、我们不知道自己在做错什么。

  • 我们是否"以错误的顺序"连接系统的不同部分?  是否允许在电路板输出未连接电池时为其输入供电?
  • 我们还注意到、如果电池已充电、然后我们在使能跳线仍然连接的情况下将其拔下、那么就像芯片正在尝试找到电池来充电一样、实验板的 LED 闪烁。 在没有电池的情况下激活使能充电引脚对 IC 或电路板来说是危险的吗?
  • 在上述电压或电流下、我们是否会达到电路板的某种硬件限制? 我已经了解了整个物料清单、所有元件电压额定值似乎仍有一些余量。 例如、损坏的 MOSFET 的额定电压为80V。
  • 这是最适合我们用例的 IC 吗? 您是否会有其他建议?

提前感谢您的帮助。

  • 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。

    Pablo、您好!

    今天下午我们回来继续进行一些测试、我们打开了电源、使能跳线断开连接、当我们连接电池时、板发出"砰砰"声、评估板输出轨的 Q2 MOSFET 现在短路(我们对其进行了脱焊并对其进行了测量)。 它是第二个评估板、我们以这种方式销毁、我们不知道自己在做什么错误。

    我通读了说明、它的设置似乎与能够为电池充电的设置完全相同? 如果您更换 Q2、充电器是否按预期工作? 这个问题是否可重复?

    此致、

    Christian。

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    正确、设置完全相同。 我们没有做任何更改。

    恐怕我们无法将新的 MOSFET 焊接到电路板上、不过我们会尝试一下。

    不知道 该 MOSFET 会如何损坏? 反向电压过大? 这是否是在我们连接电池并将其短路到接地时以某种方式打开的? 正如我说过的、IC 一直处于禁用状态。

    我还想问一下:对于我们这样的设置来说、这是不是正确的 IC?在这种设置中、电池将不断连接和移除? 或者、该 IC 是否仅适用于电池永久连接到系统的应用?

    再次感谢你这么快的答复。

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    Pablo、您好!

    我会尽量复制这本书,我可能会因为本周的假期而被推迟。 您能解释一下您在 EVM 上所做的所有更改吗?

    此致、

    Christian。

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    当然、以下是我们所做的所有更改:

    • 我们移除了跳接型 JP4并将一个6.68k 电阻器连接到 JP3、从而更改充电电流(7.5A)
    • 已断开 JP1并将一个7.36k 电阻器连接到 JP2以更改充电电压(53.4V)
    • 更改了3k 和20k 的 R27和 R30、以允许我们将60V 电源连接到电路板的输入
    • 我们还在 BAT 输出和 GND 之间焊接了一个33k 电阻。 未连接电池时、该电阻器对 BAT 输出的大电容器放电

    如上所述、我们的电源为1500W 60V、而我们的电池为12S 锂离子电池、可根据荷电状态从36V 提供至53.4V 电压。  我们首先断开 JP13连接以禁用充电器、然后连接60V 输入电源、接着连接电池(其充电电压约为36V)。 当电池触碰电路板的触点时、我们马上就会听到喀嗒和噼啪声、以及输出电源轨短路。

    我们仍然非常重要的是、要知道我们是否为我们的目的使用了正确的 IC: BQ25820是否适用于我们的应用、在该应用中、我们会不断地将电池与 BAT 轨连接和断开、以便为电池充电?

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    Pablo、您好!

    我很抱歉我们因为感恩节假期而不能上班。 IC 是否仍在工作? 您是否能够读取寄存器?

    此致、

    Christian。

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    运气差。 在两个电路板中、IC 均被销毁、其中一个电路板中的 Q2以及另一个电路板中的 Q1和 Q2被销毁。 您是否能够在自己的终端上进行测试?

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    嘿、Pablo、

    我正在努力修改 EVM 以便执行此测试、我将在收集更多信息后提供更新。

    此致、

    Christian。

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    尊敬的 Christian:

    您是否有机会执行测试? 我们对第三个电路板进行了一些测试(具有不同的电压和电流配置、这些配置在电路板数据表指定的范围内)、但是一旦我们测试了我们自己的配置(60V 输入、53.4V 输出、7.5A 输出)、该电路板就会再次停止工作。

    与上次一样、底部 MOSFET (Q2)现已短路、BQ25820 IC 也发生故障。 我们想知道这是否与 MOSFET 的额定值(80V)和输入电压(60V)有关。 为了使评估板适合更高的输入和输出电压、我们需要对其设计做些什么? 该电路板的额定输入电压仅为55V、输出电压仅为50V、但 IC 本身应能实现更多!

    我们是否需要具有更高额定电压的 MOSFET? 或者它是另一个问题吗?

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    在对电路和示波器测量进行一些研究后、我们得出结论:SW1节点上的快速电压或电流瞬变可能会杀死 Q2和 BQ25820。

    这可能是由于 SW1上的正电压尖峰高于 Q2的额定电压(80V)、或由 BQ25820的 SW1引脚的额定值(85V)造成的。 另一种可能是 SW1处的电压尖峰低于 SW1引脚的额定值(-4V)。

    现在的问题是、要改变设计来缓解降压转换器节点上的这些大瞬变、 在这方面的帮助将受到高度赞赏、因为我们在这一项目中面临时间压力。 像往常一样提前感谢您的参与!

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    Pablo、您好!

    我在 BQ25750上看到过热插拔电池时出现的类似问题、我们可以通过在 R9上放置一个10欧姆电阻器并在 C36上放置一个10nF 电容器来解决该问题。 我不确定这是否可以用于 BQ25820、但我会进行测试、看看我是否能够在放置这些元件后重现问题、

    此致、

    Christian。

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    Pablo、您好!

    我在末端运行测试、我更改了除33千欧电阻器以外的所有电阻器。 我还在 R9上添加了10欧姆电阻器、在 C36上添加了10nF 电阻器。 我使用相同的输入/输出电压60V/53v。 我还使用了7A 的充电电流。 我使用输出端的开关快速热插拔电池、但未能损坏 IC 或 FET。

    我建议添加10欧姆电阻器和10nF 电容器、如果不使用真实的电池进行测试、我还建议在输出端使用2000uF 电容器。

    .

    此致、

    Christian

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    首先、非常感谢您在最后测试设置

    我们只需在电池前使用肖特基二极管就解决了"热插拔"的问题。 我们现在正在处理用理想二极管替换此二极管的过程(考虑的是 TI LM7481)。

    遗憾的是、这只是问题的一半:我们的第一个板没有因插入电池而损坏、而是在正常运行期间使用我们的参数(60V 输入、53.4V 输出(7.5A)。 我们购买了一个新的电路板、并在更低的 电压和电流下进行了一些测试。 我们当时想、SW1节点处的电压尖峰可能会 破坏 IC 和底部 MOSFET。 下面是 SW1电压(绿色)的示波器截图、其中 SW1的电压为30V 输入、20V 输出为4A。

    如您所见、SW1节点具有一些约-2.7V 的强负电压尖峰和5ns 的持续时间。

    我们的电压或电流越高、它们的电压增长得越多。 当我们在60V 输入、53.4V 输出和6A 电压下对其进行测试时、我们可以通过在顶部 MOSFET (R8)上使用5欧姆的栅极电阻将其限制在-3V 和大约10ns 的持续时间。 该栅极电阻使~时间更长、因此尖峰减少、但这也意味着开关损耗更大、顶部 MOSFET 快速达到100 μ s 110°C、这是不好的。

     在确保设计稳健性的同时、SW1处的这些负尖峰实际可达到多大? 可接受的负电压和持续时间是多少? 我们希望使用较小的栅极电阻器 R8、将开关损耗减少回可用值。

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    Pablo、您好!

    在40ns 瞬态条件下、绝对最大额定值为-4V、任何高于-4V 的电压都可能损坏器件。

    此致、

    Christian