[参考译文] LM5122：在以预偏置负载启动时会发生损坏

尊敬的 Bailey：

感谢您使用 e2e 论坛。
很遗憾您的 LM5122设计出现问题。

为了缩小根本原因的范围、您可以确认以下几点：
-" IC 是油炸的"意味着只有 IC 受到损坏,所有的 FET 和外部元件仍然正常?
-可以看到什么类型的损坏? IC 是否不再开始运行、或者是否存在内部短路、例如从 SW 到 GND 或从 VIN 到 GND？

如果只有 IC 损坏、则其中一个引脚上可能存在超出绝对最大值的过压事件。
例如、如果在开始开关后 SW 引脚上出现过冲、它可能会烧毁 IC。

您是否还提供了功率级原理图？ (电感器、输入/输出电容器和 MOSFET？

谢谢、此致、
Niklas

您好、Niklas、感谢您的答复。 据我所知、只有 IC 受损。 只需更换 IC、即可检查外部元件、并且电路可正常工作(具有电阻负载)、无需更换 FET。  

IC 与 SW-GND 之间存在内部短路。 您能想到此电路的哪些行为会在具有预偏置负载但在具有阻性负载的情况下正常工作时在其中一个引脚上引起过压事件吗？ 或者、由于某种原因、IC 正在灌电流、以尝试在软启动期间调节电压？ 我不清楚输出是电池组而不是电阻负载时会出现此问题的确切原因。

我已经连接了功率级原理图。 谢谢。  

尊敬的 Bailey：

感谢您的补充说明。
我还混淆了设计仅用于电阻负载。
SW 到 GND 之间的短接很可能是高于该引脚的绝对最大电压(105V)的结果。
由于目标电压仅为70V、这意味着要么存在非常强的过冲、要么设计运行不稳定。

如果将探头连接到 VSW 测试点5011、则可以测量该值。

为了排除稳定性问题、我建议优化补偿网络(R16、C17、C18)。
根据我们的计算工具、系统在当前状态下具有相当低的相位裕度。 对于稳定的系统、我们建议大于60度。
您可以在此处找到计算工具：
https://www.ti.com/tool/download/LM5122-BOOST-CALC

此致、
Niklas

您能否提供有关补偿器在启动至电池等预偏置负载期间应如何运行的任何其他信息。 在这种情况下、在我看来、软启动功能实际上可能对您不利、试图将负载调节到较低的点。

尊敬的 Bailey：

软启动会斜升输出参考电压、这意味着该器件旨在以线性斜率缓慢地将输出电压从50V 斜升至70V。
负载与过流保护相关。 在斜升期间、由于输出电容器也被充电、总体负载更高。
OCP 在软启动期间仍然处于激活状态、因此、如果器件无法同时支持输出电容器的负载和充电、它将触发 OCP、限制占空比并进入断续模式、或者永远不会达到目标输出电压。

通常情况下、这不会损坏器件或导致 SW 引脚上的电压升高。
这就是我要求提供 VSW 测试点信号的原因、因为我希望获得更多有关器件在启动期间行为的信息。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：  

感谢您的答复。 转换器的 RES 接地、因此应关闭断续模式。 我希望电池在初始时受到电流限制、然后在充电时升至目标电压。 另外参考之前的消息、该原理图稍微过时了、并且补偿器组件已更新、从而获得了更高的相位裕度。 补偿器在电阻负载下稳定运行。  

我还有一些结果可以与您分享。 当我向预偏置负载运行转换器、但在电池前面的输出端使用了一个二极管(从而阻止来自负载的任何反向电流)时、不会出现任何问题。 根据我的示波器捕获、似乎这只是成功地对 输出电容器进行软启动充电、直到电容器超过电池电压+二极管的正向压降、从而将其导通并开始充电。  

我的理论是、如果没有阻塞二极管、在软启动期间、控制器会试图将输出电压(最初是电池的 OCV)拉至低于目标电压(由于软启动)。 为此、它将开启 Q2、从而在电感器上产生负电压。 也许 DEM 响应不够快、无法在 IC 灌入一些电流之前关断负电流、从而导致出现明显损坏。 我在 CSP-CSN 上有一个滤波器、在这两个端子之间连接了100欧姆电阻和10pF 电容器。 我想知道此滤波器是否会减慢 IC 的限流和 DEM 响应速度、而 DEM 响应旨在防止损坏。

如果您对可能的解决方案有任何疑问或其他想法、请告诉我您的想法。

谢谢

尊敬的 Bailey：

感谢您的更新。

我理解您的理论、但关于该器件的一些要点不能合起来。
要仅导通高侧 FET、器件需要在旁路模式下运行。
如果 VIN 高于目标输出电压、则会激活此模式、但此模式在软启动期间处于非活动状态。 该器件始终以 DEM 模式启动、与 MODE 引脚连接无关。
在软启动基准电压上升时、器件不应执行任何操作、直到基准电压高于实际的 VOUT 电压。
例如、如果 Vin 为50V 并且 Vout 预充电至65V、则器件应在基准斜坡目标达到65V 后开始运行、然后仅开始从那里升压至最终的70V 目标、并在那里完成软启动。

电流检测上的滤波器也不应影响开关延迟。

如果实际上高侧 FET 打开并允许负电流、则电流可能一直流向输入端并将 CSN 引脚置于绝对最大值以上、因为它的额定值低于 SW 引脚、并会通过 ESD 结构造成内部损坏。
然而、在不查看波形测量的情况下很难确认此类理论。

此致、
Niklas

在这里、您可以在启动期间看到输入电压和输出电压的高侧栅极信号(Q2G、Ch1、黄色)(Ch3、紫色)。 您可以看到、当 Vin 超过 UVLO 时、启动期间会出现脉冲延长、这是我有关反向电流击穿的理论依据。 但是、很难说这种行为与输出直接连接到电池时发生的情况完全匹配、因为输出电容器和电池负载之间有一个二极管来保护电路。 否则、IC 将受到损坏、需要更换。 我打算设置一个遥感功能、让反馈环路与电池负载相关联、即使通过二极管来保护电路、也可以尝试推断出实际的行为。 如果您对这个或想法有任何进一步的想法、请告诉我。 谢谢。

尊敬的 Bailey：

感谢您连接具有电阻负载的"良好"启动波形。

以下是我的一些一般性评论：
-当电池充电连接到 Vout 时,即使在导通之前,高侧 FET 也会有负漏电流,但漏电流应足够小,可以通过 UVLO 分压器放电,而不会给 VIN 充电
-如果这个较大的 HO 脉冲也出现在启动期间,充电电池连接,确实会有一个更强的负电流从 Vout 流向 Vin。 不过、器件应意识到在软启动期间输出电压高于目标值、并应停止开关、从而禁用 LO 和 HO
-在 HO 脉冲之后、电感器仍会将电流移动到输入侧、SW 电压电平可能会变为负值

-在这种情况下,LO 侧 FET 的体二极管应该导通,所以只有当体二极管运行缓慢,并且器件已经被负电流损坏时,这才会是一个问题。

如果这是损坏的根本原因、 则可以 在 GND 和 SW 之间放置一个二极管(与 LO 侧 FET 并联)来解决该问题、以避免 SW 上出现负电压电平。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：  

感谢各位的发言、我将予以考虑。  

同时、您是否清楚地解释了 HO 上为什么会在启动期间出现扩展的高脉冲？ 我认为这只会在旁路模式下发生、而在软启动期间不应该生效？  根据原理图或者直觉、您是否知道为什么会发生这种情况？  

谢谢！
贝利

尊敬的 Bailey：

让我们的设计工程师参与进来、深入了解导致您 在工作台上看到该 HO 脉冲的内部行为。

请允许我留出一些时间来获取反馈。
我明天会回到你身边。

此致、
Niklas

尊敬的 Bailey：

似乎有一个反对导通时负电流浪涌的论点。
当器件开始运行时、它首先从 LO 侧进行开关、然后在一些脉冲之后才添加 HO 侧开关。
这是为了避免一开始电感器中出现负电流偏置。

我在实验室中对其进行了测试、以便在我们的 EVM 上确认这一点：

回头再来看看原理图、我发现 SS 电容器为1nF、因此软启动时间非常短。

是否可以增加 SS 电容并重复相同的测量？
此外、您是否还可以探测 LO 驱动器信号以确认低侧首先开始开关？

谢谢、此致、
Niklas

嗨、Niklas、感谢你们收集了更多信息。 您可以在 随附的屏幕截图中看到、之前屏幕截图中看到的扩展 Q2G 脉冲出现在 LO 开始开关之前、相当于~50个开关周期。 此外、脉冲约为10V (QG2-SW)、这高于正常开关电平、这意味着 BST-SW > Vcc 是我不会期望的。 此外、我使用一个二极管代替 Q2构建了一个相同的异步版本的电路(如数据表中的 SEPIC 示例所示、断开与 SW 引脚的连接、将 BST 连接到 Vcc 并将 SW 引脚接地)、一切都按预期正常工作、没有问题。 这使我认为我的自举电路可能出现了问题、如果您看到问题、请告诉我。 自举二极管为 SS2PH10-M3、与5欧姆电阻串联以减少电流尖峰。 这可在之前的原理图中看到。

同时、我可以增加 SS、看看这对行为有何影响。 感谢您的持续支持。

尊敬的 Bailey：

感谢额外的测量。

这一切都有助于电感器中的负电流理论。
如果 SW 节点变为负值、还会解释 BST-SW > VCC 的原因。
BST 使用 SW 振幅充电、SW 振幅为 VOUT (70V)至 GND (0V)。 如果 SW 变为负值、则充电电平为 VOUT (70V)至 GND-Overshoot (-5V)。
因此、HO 信号比 SW 上的负过冲大5V。

在绝对最大额定值中、SW 可以支持-5V 尖峰、但更大的尖峰可能会损坏器件、我假设在启动预充电负载时就会发生这种情况。

我在我们的 EVM 板上做了更多的测试。
我测试了默认为100nF SS 电容器和1nF 电容器、就像在您的应用中一样。
我无法重新创建长 HO 脉冲。
然而、SS 电容器越大、启动越稳定。
请参阅随附的幻灯片。
e2e.ti.com/.../LM5122_2D00_startup.pptx

如果较大的 SS 电容器仍然可以看到较长的 HO 脉冲、则可能有必要在 GND 和 SW 之间安装一个快速二极管。 这将减少 SW 引脚上的负尖峰并防止器件损坏。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：  

再次感谢您的答复。 我还有一些截图、与您分享带电阻负载的同步升压转换器。 第一个捕获显示了 SS 引脚(Ch1)和 Q2G (Ch3)。 您可以看到、在 SS 达到1.2V 之前会出现长脉冲、 从而确认在此期间不应激活旁路模式(根据您之前的帖子)。 第二次捕获显示了 SW 节点和 Q2G、说明 VSW 在长 HO 脉冲期间(或之前)不会出现负尖峰。 第三个捕捉显示了 BST-VSW (Ch3)的上升、如果在已知 Cbst=0.1uF 的情况下反算得出、它几乎与电荷泵的200uA 完全匹配、这意味着 Cbst 两端的过大电压可能来自电荷泵、而不是来自负 SW 尖峰。  

我可以问一下在测试期间 EVM 上的跳线配置是什么(指示器件工作模式)吗。 在同步升压转换器中、MODE 引脚连接到 GND、这意味着它应该看到 DEM 模式下的传统脉冲跳跃。  

再次感谢您的帮助。  

尊敬的 Bailey：

感谢您的测量和更新。
我知道电荷泵引起的较高脉冲在这种情况下更有可能出现。
不过、我还需要一些额外的时间来研究造成高侧脉冲过长异常的根本原因。

到目前为止、我已经在 FPWM 模式下进行了测试。
我将更改模式设置以查看是否能看到不同。 我还将再次与我们的设计团队联系、获取有关这方面的进一步说明。

请在星期五之前回复。

谢谢、此致、
Niklas

尊敬的 Bailey：

感谢您的耐心。
通过进一步的基准测试、我能够在某种程度上重现测量结果。
模式更改不会影响启动行为、但我在 FPWM 模式启动时看到了一个较长的导通脉冲。

该脉冲的长度仅为40us、但仍然比 FSW 大得多。
由于它可以在任何器件上重新创建、因此我不会假设这是器件故障。

我仍在与我们的设计人员讨论、以便获得有关此行为的明确解释。

为了继续在工作台上进行调查以找到器件损坏的根本原因、我需要在输出端对充电电池进行破坏性测试。 如果我们可以看到 SW、HO 和 LO 信号的行为、并且在器件损坏发生之前存在强过冲/下冲、我们可以就如何避免损坏提出解决方案。

我将在下周中旬向您通报最新的测试结果。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：  

这对我来说非常有趣。 感谢您的分享、感谢您为我们提供的大力支持。 如果您发现解决方案、我们期待您的倾听。  

谢谢！

贝利