Causa del guasto del diodo nell'alimentazione in modalità di commutazione step-down

In un progetto di regolatore di tensione LM2675 step-down di commutazione di base (come mostrato nella figura dal foglio dati in basso), quale potrebbe essere la causa principale di un guasto al diodo in cortocircuito (D1 nella figura)?

Un piccolo sfondo:

La società per cui sto lavorando ha progettato un alimentatore speciale come parte di un prodotto più grande qualche anno fa, che accetta 24 V come input e utilizza un LM2675 per produrre 5 V output. Il tipo di diodo è MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Alcuni dispositivi (con questi alimentatori) sono stati restituiti dal cliente e tutte le unità hanno lo stesso errore: tutti i diodi Shottky sono in cortocircuito.

Oltre al circuito nella figura, è presente anche un polifusibile per limitare la corrente di uscita a 0,9 A, quindi un cortocircuito secondario non dovrebbe distruggere il diodo. Di solito il carico di uscita è inferiore a 100 mA.

La cosa strana è che il resto del circuito (sulla parte 5V) non viene danneggiato, quindi rimane funzionante dopo aver sostituito i diodi difettosi.

La forma d'onda tra i diodi funzionanti è simile a questa mentre la tensione di ingresso è di 24 V, quindi non sono visibili picchi di alta tensione insoliti.

Forma d'onda:

_{Fonte immagine originale}

Forma d'onda ingrandita:

_{Fonte immagine originale}

Hai qualche esperienza con questo tipo di difetti?

Dopo aver riparato un'unità restituita, prendi un oscillogramma molto attento attraverso lo Schottky con una sonda per oscilloscopio 10: 1 corta (collega direttamente la punta e usa un filo di terra molto corto) e nessuna larghezza di banda che limita la tua buona qualità (100 MHz o migliore, memoria digitale preferito) ambito.

Un esempio di una breve sonda, presa in prestito da altrove su EE.SE:

Quello che stai cercando è l'alta tensione (un picco o un suono) sul bordo anteriore della forma d'onda della tensione. Ogni volta che si commuta un carico induttivo, c'è il potenziale per l'alta tensione - a meno che non lo si cerchi attentamente (cioè con una sonda corta e un buon ambito) non lo si vedrà. Il tuo layout avrà una grande influenza sul fatto che ci sia o meno cattiveria in tutto lo Schottky, quindi misura per essere sicuro.

Se finisci per vedere qualcosa di brutto, potresti aver bisogno di introdurre uno snubber RC attraverso lo Schottky per impedire al diodo di valanghe.

Questo è solo un controllo di sanità mentale ...

La potenza di uscita è dichiarata come 5 W e poiché lo switcher funziona a 260 kHz, l'energia trasferita per ciclo è: -

$\dfrac{5\mathrm{~W}}{260,000} = 19.2\mathrm{~\mu J}$.

Per liberare questa energia da un induttore da 47 uH è necessaria una corrente di "carica" ​​di: -

$\sqrt{\dfrac{2\times19\times 10^{-6}}{L}}= 0.905\mathrm{~A}$.

Questo non suona troppo per un diodo da 3 A capace di picchi non ripetitivi di 80A.

Il commutatore è abbastanza in grado di passare al duty cycle dello 0%, quindi non riesco a vedere che questo ha qualcosa a che fare con le cose. Il polifusibile potrebbe essere un problema - sono stati trovati per essere OK? Hai provato qualcuno di loro?

Ho il sospetto che potresti avere un brutto lotto di diodi o ci sono altre considerazioni di cui non sei a conoscenza. La settimana scorsa ho avuto diversi diodi da 400 V che mi sono saltati addosso e non sono stati affatto stressati. Forse è una brutta settimana per i diodi!

Sicuramente quando la temperatura aumenta, la caduta del Si diminuisce, ma la resistenza alla rinfusa aumenta. Devi prendere sul serio la fuga termica quando usi gli shottkies.Se sei abbastanza grande per tagliarti i denti con i transistor al germanio, starai bene. sono nello stesso campo di baseball. Quindi per il tuo problema il tuo diodo è freddo? Se riesci a riscaldare il tuo SMPS esternamente con qualsiasi mezzo e il diodo muore prematuramente, avrai un indizio. Ricorda che il dissipatore di calore o l'impedenza termica del diodo dovranno essere inferiori a quanto pensi. L'uso di un diodo a tensione più elevata potrebbe essere un uscire rapidamente dalla carta di prigione. Ricorda che i gap di banda sono nello stesso campo di gioco, quindi per il tuo problema il tuo diodo è freddo? Se riesci a riscaldare il tuo SMPS esternamente con qualsiasi mezzo e il diodo muore prematuramente, avrai un indizio. Ricorda che il dissipatore di calore o l'impedenza termica del diodo dovranno essere inferiori a quanto pensi. L'uso di un diodo a tensione più elevata potrebbe essere un uscire rapidamente dalla carta di prigione. Ricorda che i gap di banda sono nello stesso campo di gioco, quindi per il tuo problema il tuo diodo è freddo? Se riesci a riscaldare il tuo SMPS esternamente con qualsiasi mezzo e il diodo muore prematuramente, avrai un indizio. Ricorda che il dissipatore di calore o l'impedenza termica del diodo dovranno essere inferiori a quanto pensi. L'uso di un diodo a tensione più elevata potrebbe essere un uscire rapidamente dalla carta di prigione.

Il tuo input è etichettato da 8 V a 40 V. Il diodo shottky vedrà la tensione di ingresso durante la commutazione. Se il tuo input può davvero andare a 40 V, il tuo schottky dovrebbe avere una classificazione di 60 V o almeno di 50 V.

Anche il limite di corrente dell'interruttore è 1,5 A. Sembra che il tuo cliente debba inserire più di 24 V all'ingresso. Gli Shottky hanno bisogno di un sano margine di tensione o invertiranno la perdita e si surriscalderanno.

Penso che il problema sia con il tuo microfusibile 0.9A sia probabilmente la corrente di mantenimento del fusibile PTC. La corrente di intervento effettiva potrebbe essere 2 o 3 volte superiore rispetto a questa scheda tecnica Inoltre è importante notare il tempo di intervento, hanno specificato una corrente di guasto di 1,25 che è 5 volte maggiore della corrente di mantenimento ed è ciò che ho visto normalmente come linea guida per la corrente di intervento. Lo scenario più probabile è che con una corrente di mantenimento di 0,9 A la corrente di guasto sarà di 4,5 A, tuttavia l'LM2675 limiterà la corrente utilizzando il suo limite di corrente interno a 2,2 A massimo che non farà mai scattare il PTC. Quindi, in caso di guasto, il diodo dissiperà la maggior parte della potenza e se non c'è un buon affondamento del riscaldamento per il diodo, molto probabilmente fallirà mentre l'LM2675 rimarrà inalterato a causa del suo arresto termico interno

Saranno picchi di sovratensione che causano i pantaloncini Schottky (molti anni di esperienza in SMPSU). Se osservi la forma d'onda con un ambito di larghezza di banda maggiore, li vedrai. 100 MHz non abbastanza buono, suggerisci almeno 500 per vedere tutto. Utilizzare lo snubber come suggerito o voltaggio più alto.

Mi rendo conto che è molto tardi, ma può aiutare gli altri, che trovano il filo come ho fatto io.