降压型开关电源二极管失效的原因

电器工程 二极管 开关模式电源 失败
2022-01-28 06:13:25

在基本的开关降压 LM2675 稳压器设计中(如下面数据表中的图片所示),导致二极管短路故障(图片中的 D1)的主要原因可能是什么?

LM2675 数据表中的典型应用电路

一点背景:

几年前,我工作的公司设计了一种特殊电源,作为大型产品的一部分,它接受 24V 作为输入并使用 LM2675 产生 5V 输出。二极管的类型是 MBRS340 (Shottky, 3A, 40V)。

一些设备(带有这些电源单元)已被客户退回,并且所有设备都有相同的故障:所有肖特基二极管都短路了。

除了图片中的电路外,还有一个多晶硅保险丝将输出电流限制在 0.9A,因此二次短路不会损坏二极管。通常输出负载小于 100 mA。

奇怪的是电路的其余部分(5V部分)没有损坏,所以在更换故障二极管后它仍然工作。

当输入电压为 24V 时,工作二极管上的波形看起来像这样,因此没有可见的异常高压尖峰。


波形:

波形

原图来源


波形放大:

波形放大

原图来源


你有遇到过这类故障吗?

4个回答

维修退回的设备后,使用较短的 10:1 示波器探头(直接连接尖端并使用非常短的地线)在肖特基上进行非常仔细的示波器,并且对您的良好质量没有带宽限制(100MHz 或更高,数字存储首选)范围。

一个简短的探测示例,从 EE.SE 上的其他地方借来:

在此处输入图像描述

您正在寻找的是电压波形前沿上的高压(尖峰或振铃)。任何时候你切换一个感性负载,都有可能产生高压——除非你仔细寻找它(即用一个短探头和一个好的示波器)你不会看到它。您的布局将对肖特基是否会产生不良影响有很大影响,因此请务必进行测量。

如果您最终看到一些丑陋的东西,您可能需要在肖特基二极管上引入一个 RC 缓冲器,以防止二极管雪崩。

在此处输入图像描述

这只是一个健全的检查...

您的输出功率为 5 W,并且由于切换器以 260 kHz 的频率运行,因此每个周期传输的能量为:-

5 W260,000=19.2 μJ.

要从 47 uH 电感器中释放这种能量,需要“充电”电流:-

2×19×106L=0.905 A.

对于能够实现 80A 非重复峰值的 3 A 二极管来说,这听起来并不过分。

切换器非常有能力切换到 0% 的占空比,所以我看不出这对事情有任何影响。polyfuse 可能是个问题——这些发现没问题吗?你测试过他们中的任何一个吗?

我怀疑你可能有一批坏的二极管,或者还有一些你不知道的其他注意事项。上周我有几个 400 V 二极管突然出现在我身上,它们完全没有压力。也许这对二极管来说是糟糕的一周!

当然,随着温度的升高,Si 前向下降会下降,但体积电阻会上升。使用shottkies 时必须认真对待热失控。如果你的年龄足够大,可以在锗晶体管上切牙,你会没事的。记住带隙在同一个球场。所以你的问题是你的二极管很酷吗?.如果您可以通过任何方式在外部加热您的 SMPS 并且二极管过早死亡,您将有一个线索。请记住,二极管的散热或热阻抗必须比您想象的要低。使用更高电压的二极管可能是快速出狱卡。请记住,带隙在同一个范围内。所以对于您的问题,您的二极管很酷吗?.如果您可以通过任何方式在外部加热您的 SMPS 并且二极管过早死亡,您将有一个线索。请记住,二极管的散热或热阻抗必须比您想象的要低。使用更高电压的二极管可能是快速出狱卡。请记住,带隙在同一个范围内。所以对于您的问题,您的二极管很酷吗?.如果您可以通过任何方式在外部加热您的 SMPS 并且二极管过早死亡,您将有一个线索。请记住,二极管的散热或热阻抗必须比您想象的要低。使用更高电压的二极管可能是快速出狱卡。

您的输入标记为 8V 至 40V。您的肖特基二极管将在切换期间看到输入电压。如果您的输入真的可以达到 40V,那么您的肖特基应该是 60V 额定值或至少 50V 额定值。

开关电流限制也是 1.5A。似乎您的客户必须在输入端输入超过 24V 的电压。Shottkys 需要一个健康的电压裕度,否则它们会反向泄漏并变热。