Tôi có một thiết kế được triển khai trong đó chúng tôi đang gặp phải tỷ lệ thất bại cao (~ 4%) trong phần chuyển đổi buck từ bước xuống 12V sang 5V của PCB. Vai trò của bộ chuyển đổi buck trong mạch là giảm đầu vào 12 V (từ pin axit chì được kết nối) xuống 5V, sau đó được đưa vào ổ cắm USB-A cho mục đích sạc pin.

Tất cả các đơn vị trả lại có IC chuyển đổi buck thổi lên đặc trưng giống nhau.

IC là TPS562200DDCT từ Texas Cụ (nhà sản xuất có uy tín, vì vậy tôi nghe thấy)

Đây là bảng dữ liệu.

Dưới đây là hình ảnh của một đơn vị thất bại:

Đây là sơ đồ:

Dưới đây là một cái nhìn về tập tin thiết kế PCB cho phần đó của bảng:

Khi phân tích sự thất bại của IC chuyển đổi buck, tôi nghĩ rằng bạn có thể bỏ qua mạch cắt pin yếu. Phần đó của mạch chỉ đơn giản là sử dụng điện áp tham chiếu và FET vượt qua phía thấp để cắt đầu cực âm của pin khỏi phần còn lại của mạch khi điện áp của pin giảm xuống dưới 11 V.

Dường như với tôi rằng một mạch ngắn bên ngoài trên thiết bị được kết nối với ổ cắm USB sẽ không phải là thủ phạm, vì TPS562200DDCT có bảo vệ quá dòng được tích hợp trong nó:

7.3.4 Bảo vệ hiện tại Giới hạn quá dòng đầu ra (OCL) được thực hiện bằng cách sử dụng mạch điều khiển phát hiện thung lũng theo chu kỳ. Dòng công tắc được theo dõi trong trạng thái TẮT bằng cách đo cống FET phía thấp đến điện áp nguồn. Điện áp này tỷ lệ thuận với dòng điện chuyển đổi. Để cải thiện độ chính xác, cảm biến điện áp được bù nhiệt độ. Trong thời gian bật công tắc FET phía cao, dòng công tắc tăng ở tốc độ tuyến tính được xác định bởi VIN, VOUT, thời gian bật và giá trị cuộn cảm đầu ra. Trong thời gian bật công tắc FET phía thấp, dòng điện này giảm tuyến tính. Giá trị trung bình của dòng chuyển đổi là I hiện tại tải. Nếu dòng điện được giám sát ở trên mức OCL, bộ chuyển đổi sẽ duy trì FET phía thấp và trì hoãn việc tạo xung đặt mới, ngay cả vòng phản hồi điện áp yêu cầu một, cho đến khi mức hiện tại trở thành mức OCL hoặc thấp hơn. Trong các chu kỳ chuyển đổi tiếp theo, thời gian được đặt thành một giá trị cố định và dòng điện được theo dõi theo cách tương tự. Nếu điều kiện quá dòng tồn tại các chu kỳ chuyển đổi liên tiếp, ngưỡng OCL bên trong được đặt ở mức thấp hơn, làm giảm dòng đầu ra khả dụng. Khi một chu kỳ chuyển đổi xảy ra khi dòng công tắc không vượt quá ngưỡng OCL thấp hơn, bộ đếm được đặt lại và ngưỡng OCL được trả về giá trị cao hơn. Có một số cân nhắc quan trọng đối với loại bảo vệ quá dòng này. Dòng tải cao hơn ngưỡng quá dòng bằng một nửa dòng gợn của cuộn cảm từ đỉnh đến đỉnh. Ngoài ra, khi hiện tại đang bị hạn chế, điện áp đầu ra có xu hướng giảm vì dòng tải yêu cầu có thể cao hơn dòng điện có sẵn từ bộ chuyển đổi. Điều này có thể gây ra điện áp đầu ra giảm. Khi điện áp VFB giảm xuống dưới điện áp ngưỡng UVP, bộ so sánh UVP sẽ phát hiện ra nó. Sau đó, thiết bị tắt sau thời gian trì hoãn UVP (thường là 14 μs) và khởi động lại sau thời gian nấc (thường là 12 ms).

Vì vậy, có ai có bất kỳ ý tưởng làm thế nào điều này có thể xảy ra?

CHỈNH SỬA

Đây là liên kết đến một thiết kế tham chiếu mà tôi đã sử dụng để đưa ra các giá trị thành phần và điểm vận hành cho trình chuyển đổi buck bằng TI WEBENCH Designer:
https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID = F18605EF5763ECE7

CHỈNH SỬA

Tôi đã thực hiện một số thử nghiệm phá hủy ở đây trong phòng thí nghiệm và có thể xác nhận rằng tôi nhận được một đống nhựa nóng chảy trông rất giống trong đó bộ chuyển đổi Buck thường sử dụng nếu tôi cắm pin với cực ngược. Vì lựa chọn đầu nối pin của chúng tôi cung cấp cơ hội tương đối cao cho các plugin phân cực ngược ngẫu nhiên (giả sử, 4% cơ hội -> nháy mắt), có vẻ như điều này chịu trách nhiệm cho phần lớn các lỗi chúng tôi quan sát thấy.

Tôi nghi ngờ quá điện áp trên chip, với độ bão hòa cuộn cảm khả năng thứ hai như @oldfart đề xuất trong một bình luận.

Đường vòng cung cấp của bạn là một tụ điện điện phân, hơi xa chip và là một chất điện phân nhỏ nên nó có ESR tương đối cao (và thật không may, ESR sẽ tăng khi tụ điện già đi).

Dòng điện gợn đầu vào, kết hợp với độ tự cảm đi lạc từ hệ thống dây có thể dẫn đến quá điện áp trên đầu vào chip. Tôi đề nghị thử nghiệm nó với một nguồn cung cấp với dây dài và thử nghiệm ở giới hạn của phạm vi cung cấp. Đặt một máy hiện sóng trên đường ray điện và xem các gai lớn như thế nào. Một tụ 22 gốmF gốm với một chất điện phân (ví dụ 1000 1000F / 25 V 105 ° C) song song, nếu bạn có phòng, sẽ tốt hơn nhiều. Kiểm tra xem gốm "22 nồiF" có trên 10 daoF ở điện áp hoạt động tối đa không. Nó phải gần như thực tế với chip. Và, tất nhiên, tốt nhất là tuân theo các thực tiễn bố trí được đề xuất trong biểu dữ liệu càng sát thực tế.

Độ bão hòa của cuộn cảm là một vấn đề khác - nó có xu hướng xảy ra ở điện áp cung cấp tối thiểu trong đó dòng điện đầu vào là tối đa. Bạn có thể kiểm tra nó bằng cách bỏ qua khóa điện áp thấp và giảm đầu vào dưới mức tối thiểu thường thấy. Các triệu chứng sẽ là tiêu tán năng lượng quá mức trong chip.

Vấn đề: tụ điện ESR cao giá rẻ và bỏ qua các ghi chú ứng dụng thiết kế.

Chỉnh sửa

Bỏ qua các ứng dụng xe hơi nếu nó không áp dụng, hãy lưu ý yêu cầu đối với các tụ điện ESR thấp.

Đối với thiết kế này, hai tụ điện đầu ra TDK C3216X5R0J226M 22 FF được sử dụng. ESR điển hình là 2 mΩ mỗi. Dòng điện RMS được tính toán là 0,286 A và mỗi tụ điện đầu ra được định mức cho 4 A.

Lưu ý rằng 22 F * 2 mΩ = = 0,044 μs là hiệu suất gốm tuyệt vời, trong đó tụ điện điện hóa ESR thấp là <1 ands và tụ điện điện phân đa năng >> 100 s. Vì f >> 50 kHz, điều này rất quan trọng đối với quy định và được cải thiện với ba trong số các phần được đề xuất song song.

Không thể đạt được ESR thấp * C = này trong một tụ điện điện phân nhôm, ngay cả với các loại ESR cực thấp. Đây là lý do tại sao gốm được sử dụng trong thiết kế này.

Nếu ESR quá cao và tải bước phản ứng được áp dụng thì sẽ có nhiều cơ hội hơn cho sự không ổn định, điện áp gợn cao hơn và quá mức.

Nếu bạn không có thiết kế ô tô hoặc thông số kỹ thuật thử nghiệm hoặc kế hoạch kiểm tra DVT với thử nghiệm căng thẳng, thiết kế này đã không được hoàn thành đúng cách.

Bảng dữ liệu khuyến nghị C4 là một tụ gốm ESR thấp (20 PhaF đến 68 DaoF). Bạn dường như có một 22 điện phân. Tất cả các ví dụ biểu dữ liệu hiển thị song song hai 10FFF. Giá trị thực tế có thể phụ thuộc vào tần số. Tôi không biết nếu điều này có thể hoặc không thể là một vấn đề. Nhưng...

Tôi đã bị MC34063 thất bại, vì tụ điện đầu vào thấp không phù hợp hoặc có ESR cao. Thất bại thường xảy ra khi tắt nguồn, nhưng điều đó có thể không liên quan ở đây.

Thông qua thử nghiệm phá hủy ở đây trong phòng thí nghiệm, có vẻ như nguyên nhân rất có thể của đống bộ chuyển đổi buck tan chảy này là ứng dụng phân cực ngược cho bộ chuyển đổi buck.

Cảm ơn tất cả những hiểu biết của bạn, tôi chắc chắn sẽ sử dụng chúng để cải thiện lần lặp lại tiếp theo của thiết kế này.

Nếu bạn có ý định truy cập lại thiết kế, việc chọn một bộ phận có ngưỡng Bật được kiểm soát chặt chẽ hơn sẽ cho phép thay thế toàn bộ mạch cắt điện áp thấp bằng một bộ chia tiềm năng đơn giản trên chân EN. Tiết kiệm chi phí này sẽ trả cho thiết bị mới và có thể cung cấp một số ngân sách cho một số thành phần bảo vệ. TPS562200 có thể giới hạn hiện tại lên tới 5,3A. Các cuộn cảm có lẽ rất bão hòa sau đó.

Tôi muốn đề xuất rằng phần rất nhỏ đang nóng lên khi tải được đặt lên nó và chỉ bị cháy. Bố cục bảng cũng không thể hiện nhiều trong cách sử dụng đồng làm tản nhiệt cho bảng.

Bạn có thể cần phải đi kèm với một bộ tản nhiệt, sử dụng một gói có một miếng đệm nhiệt tích hợp và / hoặc tìm một phần khác trong một gói thịt bò nhiều hơn.