Penyebab kegagalan dioda dalam mode catu daya step-down switching

8

Dalam desain regulator tegangan LM2675 step-down switching dasar (seperti yang ditunjukkan pada gambar dari lembar data di bawah ini), apa yang mungkin menjadi penyebab utama kegagalan dioda hubung singkat (D1 pada gambar)?

Sedikit latar belakang:

Perusahaan tempat saya bekerja merancang catu daya khusus sebagai bagian dari produk yang lebih besar beberapa tahun yang lalu, yang menerima 24V sebagai input dan menggunakan LM2675 untuk menghasilkan output 5V. Jenis dioda adalah MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Beberapa perangkat (dengan unit catu daya ini) telah dikembalikan oleh pelanggan dan semua unit memiliki kesalahan yang sama: Semua dioda Shottky mengalami hubungan pendek.

Tambahan untuk rangkaian dalam gambar ada juga sekering poli untuk membatasi arus keluaran ke 0,9A, sehingga korsleting sekunder tidak boleh menghancurkan dioda. Biasanya beban keluaran kurang dari 100 mA.

Yang aneh adalah bahwa sisa rangkaian (pada bagian 5V) tidak rusak, sehingga tetap berfungsi setelah mengganti dioda yang salah.

Bentuk gelombang di dioda yang bekerja terlihat seperti ini sementara tegangan input 24V, sehingga tidak ada lonjakan tegangan tinggi yang tidak biasa terlihat.

Bentuk gelombang:

_{Sumber gambar asli}

Bentuk gelombang diperbesar:

_{Sumber gambar asli}

Apakah Anda punya pengalaman dengan kesalahan semacam ini?

diodes switch-mode-power-supply failure

— Andre
sumber

1

Semua yang Anda perlihatkan terlihat masuk akal. Apakah Anda benar-benar yakin bahwa dioda itu memang seperti yang diklaim. Cari tahu dari pemasok apa yang mereka beli. Periksa tanda dengan cermat. Keluarkan satu dari unit kerja dan jalankan tegangan balik dan uji arus maju berkelanjutan di atasnya.

— Olin Lathrop

Andre, apakah Anda pernah menemukan solusi untuk masalah ini? Saya memiliki masalah yang hampir sama dengan switcher di perusahaan tempat saya bekerja ... dan itu menyebabkan masalah besar bagi kami. Kami belum menemukan solusi.

1

Penyebabnya masih menjadi misteri. Kami menghubungi laboratorium eksternal dua tahun lalu. Mereka menganalisis beberapa dioda yang rusak dengan mikroskop dan mereka juga mengkonfirmasi bahwa dioda tersebut mati karena kelebihan tegangan. Dalam aplikasi kami, tidak jarang output 5V (dan karenanya juga dioda) dan suplai primer DAPAT terkena lonjakan tegangan tinggi seperti sambaran petir atau tegangan tinggi induksi lainnya. Jadi itulah yang kami katakan kepada pelanggan kami dan kami tidak memiliki kasus lagi dalam dua tahun terakhir. Tetapi aneh bahwa dalam semua kasus HANYA dioda mati dan tidak ada yang lain.

— Andre

7

Setelah memperbaiki unit yang dikembalikan, ambil osilogram yang sangat hati-hati melintasi Schottky dengan probe lingkup 10: 1 pendek (langsung sambungkan ujungnya dan gunakan kabel ground sangat pendek) dan tidak ada bandwidth yang membatasi kualitas Anda yang baik (100MHz atau lebih baik, penyimpanan digital lebih disukai) ruang lingkup.

Contoh penyelidikan singkat, dipinjam dari tempat lain di EE.SE:

masukkan deskripsi gambar di sini

Apa yang Anda cari adalah tegangan tinggi (lonjakan, atau dering) di ujung terdepan dari gelombang tegangan. Setiap kali Anda mengganti beban induktif, ada potensi tegangan tinggi - kecuali jika Anda hati-hati mencarinya (yaitu dengan probe pendek dan ruang lingkup yang baik) Anda tidak akan melihatnya. Tata letak Anda akan memiliki pengaruh besar pada apakah akan ada kejahatan di Schottky atau tidak, jadi ukurlah untuk memastikan.

Jika Anda akhirnya melihat sesuatu yang jelek, Anda mungkin perlu memperkenalkan snubber RC di Schottky untuk menjaga dioda dari longsoran salju.

masukkan deskripsi gambar di sini

— Adam Lawrence
sumber

Saya mengukur seperti yang Anda usulkan tetapi tidak ada lonjakan tegangan tinggi di dioda. Tegangan maksimum melintasi dioda memang tegangan input 24V.

— Andre

Bisakah Anda memposting bentuk gelombang?

— Adam Lawrence

Bentuk gelombang termasuk dalam pos utama.

— Andre

+1. Adalah masuk akal bahwa dioda sedang dibubuhi sehingga bagus untuk diperiksa.

— Autis

Penipu itu ide yang bagus. Saya akan memasukkan jaringan RC ini dalam desain ulang catu daya di masa depan (dan juga dalam persediaan lain).

— Andre

4

Ini hanya pemeriksaan kewarasan ...

Daya output Anda dinyatakan sebagai 5 W dan karena switcher beroperasi pada 260 kHz, energi yang ditransfer per siklus adalah: -

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

Untuk membebaskan energi ini dari induktor 47 uH membutuhkan arus "pengisian":

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

Ini tidak terdengar terlalu banyak untuk dioda 3 A yang mampu mencapai puncak 80A yang tidak berulang.

Switcher cukup mampu beralih ke siklus tugas 0% jadi saya tidak bisa melihat ini ada hubungannya dengan hal-hal. Polifuse mungkin menjadi masalah - apakah ini ditemukan OK? Apakah Anda menguji salah satunya?

Saya menduga Anda mungkin memiliki batch dioda yang buruk atau ada beberapa pertimbangan lain yang tidak Anda sadari. Minggu lalu saya punya beberapa 400 V dioda pergi pop pada saya dan mereka tidak di bawah tekanan sama sekali. Mungkin ini minggu yang buruk untuk dioda!

— Andy alias
sumber

Ah, hantu penunggang hantu menyerang lagi !!

— Andy alias

Upvoter hantu menyerang kembali.

— Russell McMahon

Polyfusnya OK. Jika saya melakukan hubungan arus pendek dengan sengaja dengan menghubungkan output 5V ke GND, arus dibatasi hingga 1,4A. Tidak ada yang hancur.

— Andre

@russellmcmahon lol

— Andy alias

2

Tentu ketika suhu meningkatkan penurunan Siow foward turun tetapi resistensi massal naik. Anda harus mengambil pelarian termal dengan serius ketika menggunakan shottkies. Jika Anda cukup tua untuk memotong gigi pada transistor germanium, Anda akan baik-baik saja. berada di stadion baseball yang sama. Jadi untuk masalah Anda apakah dioda Anda keren? Jika Anda dapat memanaskan SMPS Anda secara eksternal dengan cara apa pun dan dioda mati sebelum waktunya, Anda akan memiliki petunjuk. Ingat bahwa heatsink atau impedansi termal dari dioda harus lebih rendah dari yang Anda kira. Menggunakan dioda tegangan yang lebih tinggi bisa menjadi cepat keluar dari kartu penjara. Ingatlah bahwa celah band berada di ballpark yang sama. Jadi untuk masalah Anda apakah diode Anda keren? Jika Anda dapat memanaskan SMPS Anda secara eksternal dengan cara apa pun dan dioda mati sebelum waktunya, Anda akan memiliki petunjuk. Ingat bahwa heatsink atau impedansi termal dari dioda harus lebih rendah dari yang Anda kira. Menggunakan dioda tegangan yang lebih tinggi bisa menjadi cepat keluar dari kartu penjara. Ingatlah bahwa celah band berada di ballpark yang sama. Jadi untuk masalah Anda apakah diode Anda keren? Jika Anda dapat memanaskan SMPS Anda secara eksternal dengan cara apa pun dan dioda mati sebelum waktunya, Anda akan memiliki petunjuk. Ingat bahwa heatsink atau impedansi termal dari dioda harus lebih rendah dari yang Anda kira. Menggunakan dioda tegangan yang lebih tinggi bisa menjadi cepat keluar dari kartu penjara.

— Autis
sumber

1

Itu masuk akal. Dalam desain ulang masa depan saya mungkin akan menggunakan MBRS360 saudara MBRS340 yang lebih besar.

— Andre

1

Input Anda berlabel 8V hingga 40V. Dioda shottky Anda akan melihat tegangan input saat beralih. Jika input Anda benar-benar dapat pergi ke 40V maka schottky Anda harus diberi nilai 60V atau setidaknya nilai 50V.

Batas saklar saat ini juga 1,5A. Sepertinya pelanggan Anda harus memasukkan lebih dari 24V pada input. Shottky membutuhkan margin tegangan yang sehat atau mereka akan membalik kebocoran dan menjadi panas.

— pengguna31000
sumber

Ini memang bisa menjadi sesuatu yang akan saya selidiki lebih lanjut. Sisi utama dilindungi oleh choke secara seri untuk melindungi catu daya dari kondisi burst / surge. Ada juga varistor yang terhubung dari input 24V ke GND. Menurut datasheet varistor tidak akan tersandung sampai tegangan mencapai ~ 47V. Tapi ini akan terlalu banyak untuk LM2675 dan untuk dioda.

— Andre

1

Saya pikir masalah dengan sekering poli 0.9A Anda mungkin adalah arus holding dari sekering PTC. Arus aktual untuk 2 atau 3 kali lebih tinggi seperti yang terlihat pada lembar data ini Juga penting untuk dicatat pada waktu perjalanan mereka menentukan arus gangguan dari 1,25 yang 5 kali lebih besar dari arus penahanan dan apa yang biasanya saya lihat sebagai pedoman untuk arus perjalanan. Skenario yang paling mungkin adalah bahwa dengan arus penahan 0,9A, arus gangguan Anda akan menjadi 4,5A namun LM2675 akan membatasi arus menggunakan batas arus internal hingga maks 2,2A yang tidak akan pernah menyebabkan trip PTC. Jadi di bawah kesalahan dioda akan membuang sebagian besar daya dan jika tidak ada pemanasan yang baik untuk dioda itu kemungkinan besar akan gagal sementara LM2675 akan tetap tidak terpengaruh karena shutdown termal internal

— Kvegaoro
sumber

Sekering poli yang digunakan dalam aplikasi ini adalah RUEF090 yang memiliki arus perjalanan 1,8A. Dioda memiliki bidang tembaga besar di sekitar bantalannya, jadi saya tidak berpikir bahwa arus berlebih menghancurkan dioda.

— Andre

1

Ini akan menjadi lonjakan tegangan yang menyebabkan celana pendek Schottky (pengalaman bertahun-tahun di SMPSU). Jika Anda melihat bentuk gelombang dengan cakupan bandwidth yang lebih tinggi, Anda akan melihatnya. 100 MHz tidak cukup bagus, menyarankan 500 minimum untuk melihat semua. Gunakan snubber seperti yang disarankan atau peringkat tegangan yang lebih tinggi.

Saya menyadari ini sangat terlambat, tetapi dapat membantu orang lain, yang menemukan utas seperti saya.

— D139
sumber