PCB'nin 12V ila 5V kademeli kova dönüştürücü kısmında yüksek (~% 4) arıza oranı yaşadığımız konuşlandırılmış bir tasarıma sahibim. Kova dönüştürücünün devredeki rolü, daha sonra akü şarj amaçları için bir USB-A yuvasına beslenen 12 V girişini (bağlı kurşun asit aküden) 5V'ye düşürmektir.

Geri gönderilen tüm birimler aynı karakteristik havaya uçlu kova dönüştürücü IC'ye sahiptir.

IC, Texas Instruments'tan bir TPS562200DDCT'dir (saygın üretici, bu yüzden duyuyorum)

İşte veri sayfası.

Başarısız bir birimin resmi:

İşte şematik:

İşte kartın o bölümü için PCB tasarım dosyasına bir göz atın:

Kova dönüştürücü IC'nin arızasını analiz ederken, düşük pil kesme devresini göz ardı edebileceğinizi düşünüyorum . Devrenin bu kısmı, pil voltajı 11 V'un altına düştüğünde, pilin negatif terminalini devrenin geri kalanından kesmek için bir referans voltajı ve düşük taraf geçişli FET kullanır.

Bana göre, USB prizine bağlı bir cihazdaki harici kısa devre bir suçlu olmayacak, çünkü TPS562200DDCT'de aşırı akım koruması var:

7.3.4 Akım Koruması Çıkış aşırı akım limiti (OCL), döngü-döngü vadi algılama kontrol devresi kullanılarak uygulanır. Şalter akımı KAPALI durumdayken, düşük taraf FET tahliyesi ile kaynak voltajı ölçülerek izlenir. Bu voltaj, anahtar akımıyla orantılıdır. Doğruluğu artırmak için voltaj algılama sıcaklık dengelemelidir. Yüksek taraf FET anahtarının açık olduğu süre boyunca, anahtar akımı VIN, VOUT, açık kalma süresi ve çıkış indüktör değeri tarafından belirlenen doğrusal bir hızda artar. Düşük taraf FET anahtarının açık olduğu süre boyunca, bu akım doğrusal olarak azalır. Anahtar akımının ortalama değeri yük akımı IOUT'dur. İzlenen akım OCL seviyesinin üzerindeyse, dönüştürücü düşük taraf FET'in açık kalmasını sağlar ve yeni bir ayar darbesinin oluşturulmasını geciktirir, hatta voltaj geri besleme döngüsü bir tane gerektirir, geçerli seviye OCL seviyesi veya daha düşük olana kadar. Sonraki anahtarlama döngülerinde, çalışma zamanı sabit bir değere ayarlanır ve akım aynı şekilde izlenir. Aşırı akım durumu ardışık anahtarlama çevrimleri varsa, dahili OCL eşiği daha düşük bir seviyeye ayarlanır ve mevcut çıkış akımını azaltır. Anahtar akımının düşük OCL eşiğinin üzerinde olmadığı bir anahtarlama döngüsü meydana geldiğinde, sayaç sıfırlanır ve OCL eşiği daha yüksek bir değere döndürülür. Bu tip aşırı akım koruması için bazı önemli hususlar vardır. Yük akımı, tepe-tepe indüktör dalgalanma akımının bir yarısı kadar aşırı akım eşiğinden daha yüksektir. Ayrıca, akım sınırlandığında, talep edilen yük akımı konvertörde mevcut olan akımdan daha yüksek olabileceğinden çıkış voltajı düşme eğilimindedir. Bu, çıkış voltajının düşmesine neden olabilir. VFB voltajı UVP eşik voltajının altına düştüğünde, UVP karşılaştırıcısı bunu algılar. Ardından, cihaz UVP gecikme süresinden sonra (tipik olarak 14 μs) kapanır ve hıçkırık süresinden sonra (tipik olarak 12 ms) yeniden başlar.

Peki, bunun nasıl olabileceği hakkında bir fikri olan var mı?

DÜZENLE

İşte TI WEBENCH Designer kullanarak buck dönüştürücü için bileşen değerleri ve çalışma noktaları ile geldiğim bir referans tasarım bağlantısı:
https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID = F18605EF5763ECE7

DÜZENLE

Laboratuarda bazı yıkıcı testler yaptım ve bataryayı ters polarite ile taktığımda Buck dönüştürücüsünün olduğu çok benzer görünümlü bir erimiş plastik yığını aldığımı doğrulayabilirim. Pil konektörü seçimimiz, yanlışlıkla ters polarite eklentileri (örneğin,% 4 şans -> göz kırpma kırpması) nispeten yüksek bir şans sağladığından, bunun gözlemlediğimiz arızaların çoğundan sorumlu olması muhtemel görünmektedir.

Bir açıklamada @oldfart'ın önerdiği gibi ikinci bir olasılık indüktör doygunluğu ile çip üzerinde aşırı gerilim olduğundan şüpheleniyorum.

Besleme baypasınız, çipten biraz uzakta olan ve küçük bir elektrolitik olduğundan, nispeten yüksek bir ESR'ye (ve ne yazık ki, kapasitör yaşlandıkça artacak bir ESR) sahip bir elektrolitik kapasitördür.

Giriş dalgalanma akımı, kablolamadaki başıboş endüktans ile birlikte, çip girişinde aşırı gerilime neden olabilir. Uzun telli bir tedarik ile test etmenizi ve tedarik aralığının sınırlarında test etmenizi öneririm. Güç raylarına bir osiloskop koyun ve sivri uçların ne kadar büyük olduğunu görün. Elektrolitik (örn. 1000 µF / 25 V 105 ° C) paralel seramik 22 µF kapasitör, odanız varsa çok daha iyi olurdu. "22 µF" seramiğin maksimum çalışma voltajında ​​10 µF üzerinde olduğunu kontrol edin. Çip ile pratik olduğu kadar yakın olmalıdır. Ve elbette, veri sayfasındaki önerilen düzen uygulamalarını pratik kadar yakından takip etmek en iyisidir.

İndüktör doygunluğu farklı bir konudur - giriş akımının maksimum olduğu minimum besleme voltajında meydana gelme eğilimi gösterir . Düşük gerilim kilitlemenizi atlayarak ve girişi normalde beklenen minimum değerin çok altına düşürerek test edebilirsiniz. Semptomlar çipte aşırı güç kaybı olacaktır.

Sorun: Ucuz yüksek ESR kapasitör ve görmezden gelinen tasarım uygulama notları.

Düzenle

Geçerli değilse araç uygulamalarını göz ardı etmek, düşük ESR kapasitörleri için gereksinimi not edin.

Bu tasarım için iki TDK C3216X5R0J226M 22 μF çıkış kondansatörü kullanılır. Tipik ESR her biri 2 mΩ'dür. Hesaplanan RMS akımı 0.286 A'dır ve her çıkış kapasitörü 4 A için derecelendirilmiştir.

22 μF * 2 mΩ = τ = 0.044 μs'nin düşük ESR elektrolitik kapasitörlerinin <1 μs ve genel amaçlı elektrolitik kapasitörlerin >> 100 μs olduğu mükemmel seramik performansı olduğuna dikkat edin. F >> 50 kHz olduğundan bu düzenleme için kritik öneme sahiptir ve önerilen üç parça paralel olarak iyileştirilmiştir.

Bu düşük ESR * C = τ değerine ultra düşük ESR tiplerinde bile bir alüminyum elektrolitik kapasitörde ulaşmak mümkün değildir . Bu nedenle bu tasarımda seramik kullanılmıştır.

ESR çok yüksekse ve reaktif adım yükleri uygulanırsa, kararsızlık, daha yüksek dalgalanma voltajı ve aşma olasılığı daha yüksektir.

Otomotiv tasarımınız veya test spesifikasyonlarınız veya stres testine sahip bir DVT test planınız yoksa, bu tasarım doğru şekilde tamamlanmamıştır.

Veri sayfası C4'ün düşük ESR seramik kondansatör (20 uF ila 68 uF) olmasını önerir . 22 µF elektrolitik varmış gibi görünüyor. Tüm veri sayfası örnekleri paralel olarak iki adet 10 uF göstermektedir. Gerçek değer muhtemelen frekansa bağlıdır. Bunun bir sorun olup olmayacağı konusunda hiçbir fikrim yok. Fakat...

Giriş kondansatörü uygun olmayan düşük veya yüksek ESR'ye sahip olduğundan MC34063 arızası yaşadım. Arıza genellikle güç kapandığında meydana gelir, ancak bu burada önemli olmayabilir.

Laboratuardaki yıkıcı testlerle, erimiş buck dönüştürücü yığınlarının en olası nedeninin, buck dönüştürücüye ters polarite uygulaması olduğu görülüyor.

Görüşleriniz için herkese teşekkürler, kesinlikle bu tasarımın bir sonraki yinelemesini geliştirmek için kullanacağım.

Tasarımı yeniden ziyaret etmek isterseniz, daha sıkı kontrol edilen bir Etkinleştirme eşiği olan bir parça seçilmesi, tüm düşük voltaj kesme devresinin EN pimindeki basit bir potansiyel bölücü ile değiştirilmesine izin verecektir. Bu maliyet tasarrufu yeni cihaz için ödeme yapar ve bazı koruma bileşenleri için biraz bütçe verebilir. TPS562200, 5.3A'ya kadar akım sınırlaması yapabilir. İndüktör muhtemelen o zamana kadar yüksek oranda doymuştur.

Çok küçük bir parçanın üzerine bir yük yerleştirildiğinde ısınmaya başladığını ve sadece yantığını öneririm. Pano düzeni ayrıca, bakırın parça için bir pano seviyesi soğutucu olarak kullanılma şeklini de göstermez.

Bir ısı dağıtıcı bulmanız, entegre bir termal ped içeren bir paket kullanmanız ve / veya çok daha beefier bir pakette başka bir parça bulmanız gerekebilir.