ฉันมีการออกแบบที่ปรับใช้ซึ่งเรากำลังประสบกับอัตราความล้มเหลวสูง (~ 4%) ในตัวแปลงเจ้าชู้แบบสเต็ปดาวน์ดาวน์ 12V ถึง 5V ของ PCB บทบาทของตัวแปลงบัคในวงจรคือการลดระดับอินพุต 12 V (จากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่เชื่อมต่อ) เป็น 5V ซึ่งจะถูกป้อนเข้ากับเต้ารับ USB-A สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่

หน่วยที่ส่งคืนทั้งหมดมี IC ตัวแปลงบั๊กที่มีคุณสมบัติเหมือนกัน

IC เป็น TPS562200DDCT จาก Texas Instruments (ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงดังนั้นฉันได้ยิน)

นี่คือแผ่นข้อมูล

นี่คือรูปภาพของยูนิตที่ล้มเหลว:

นี่คือแผนผัง:

นี่คือดูที่ไฟล์ออกแบบ PCB สำหรับส่วนของบอร์ด:

ในการวิเคราะห์ความล้มเหลวของตัวแปลงสัญญาณบั๊กฉันคิดว่าว่าคุณสามารถเพิกเฉยต่อวงจรลัดแบตเตอรี่ต่ำ ส่วนของวงจรนั้นใช้แรงดันอ้างอิงและ FET ด้านต่ำเพื่อตัดขั้วลบของแบตเตอรี่ออกจากส่วนที่เหลือของวงจรเมื่อแรงดันของแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 11 V

สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าการลัดวงจรภายนอกบนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับช่องเสียบ USB จะไม่ใช่ผู้ร้ายเนื่องจาก TPS562200DDCT มีการป้องกันกระแสเกินอยู่ภายใน:

7.3.4 การป้องกันกระแสเกินขีด จำกัด เอาท์พุทกระแสเกิน (OCL) จะดำเนินการโดยใช้วงจรควบคุมวัลเลย์วงจรตรวจจับวัฏจักร สวิทช์กระแสไฟฟ้าจะถูกตรวจสอบในระหว่างสถานะ OFF โดยการวัดการระบายน้ำ FET ด้านต่ำถึงแรงดันแหล่งที่มา แรงดันไฟฟ้านี้เป็นสัดส่วนกับสวิตช์ปัจจุบัน เพื่อปรับปรุงความแม่นยำการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าจะชดเชยอุณหภูมิ ในช่วงเวลาของสวิตช์ FET ด้านสูงสวิตช์ปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นตามอัตราเชิงเส้นที่กำหนดโดย VIN, VOUT, เวลาและค่าตัวเหนี่ยวนำเอาต์พุต ในช่วงเวลาที่สวิตช์ FET ด้านต่ำกระแสนี้จะลดลงแบบเส้นตรง ค่าเฉลี่ยของสวิตช์ปัจจุบันคือโหลดกระแส IOUT หากกระแสที่ถูกตรวจสอบอยู่เหนือระดับ OCL ตัวแปลงจะรักษาการเปิด FET ที่ด้านต่ำและชะลอการสร้างพัลส์ชุดใหม่แม้กระทั่งลูปป้อนกลับแรงดันไฟฟ้าก็จำเป็นต้องมี จนกระทั่งระดับปัจจุบันกลายเป็นระดับ OCL หรือต่ำกว่า ในการสลับรอบต่อมาเวลาที่กำหนดถูกกำหนดเป็นค่าคงที่และปัจจุบันจะถูกตรวจสอบในลักษณะเดียวกัน หากมีสภาวะกระแสเกินมีวงจรการสลับต่อเนื่องกันอยู่เกณฑ์ OCL ภายในจะถูกตั้งค่าไว้ที่ระดับต่ำกว่าซึ่งจะเป็นการลดกระแสไฟขาออกที่มีอยู่ เมื่อรอบการสลับเกิดขึ้นเมื่อสวิตช์ปัจจุบันไม่สูงกว่าขีด จำกัด OCL ที่ต่ำกว่าตัวนับจะถูกรีเซ็ตและขีด จำกัด OCL จะถูกส่งกลับไปยังค่าที่สูงกว่า มีข้อควรพิจารณาที่สำคัญบางประการสำหรับการป้องกันกระแสเกินประเภทนี้ กระแสโหลดสูงกว่าเกณฑ์มากกว่าปัจจุบันโดยครึ่งหนึ่งของกระแสเหนี่ยวนำระลอกสูงสุดถึงยอด นอกจากนี้เมื่อกระแสไฟฟ้าถูก จำกัด แรงดันไฟขาออกมีแนวโน้มลดลงเนื่องจากกระแสโหลดที่ต้องการอาจสูงกว่ากระแสที่มีจากตัวแปลง สิ่งนี้อาจทำให้แรงดันเอาต์พุตตก เมื่อแรงดันไฟฟ้า VFB ลดลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้า UVP เกณฑ์เครื่องเปรียบเทียบ UVP จะตรวจจับ จากนั้นอุปกรณ์จะปิดตัวลงหลังจากเวลาหน่วง UVP (โดยทั่วไปคือ 14 μs) และเริ่มใหม่หลังจากเวลา hiccup (โดยทั่วไปคือ 12 ms)

ดังนั้นไม่มีใครมีความคิดใด ๆ ว่าสิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้อย่างไร

แก้ไข

นี่คือลิงค์ไปยังการออกแบบอ้างอิงที่ฉันเคยคิดกับค่าส่วนประกอบและจุดปฏิบัติการสำหรับตัวแปลงบั๊กโดยใช้ TI WEBENCH Designer:
https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID = F18605EF5763ECE7

แก้ไข

ฉันทำการทดสอบแบบทำลายล้างที่นี่ในห้องแล็บและสามารถยืนยันได้ว่าฉันได้รับกองพลาสติกที่มีลักษณะคล้ายกันมากซึ่งตัวแปลงบั๊กเคยเป็นถ้าฉันเสียบแบตเตอรี่กับขั้วไฟฟ้าย้อนกลับ เนื่องจากตัวเลือกขั้วต่อแบตเตอรี่ของเราให้โอกาสค่อนข้างสูงในการสลับขั้วกลับขั้วโดยไม่ตั้งใจ (เช่นโอกาส 4% -> ขยิบตาขยิบตา) จึงดูเหมือนเป็นไปได้ว่านี่เป็นสาเหตุของความล้มเหลวส่วนใหญ่ที่เราสังเกตเห็น

ฉันสงสัยว่าแรงดันไฟฟ้าเกินบนชิปด้วยความเป็นไปได้ที่สองของตัวเหนี่ยวนำอิ่มตัวตามที่ @oldfart แนะนำในความคิดเห็น

บายพาสการจ่ายของคุณเป็นตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าห่างจากชิพเล็กน้อยและเป็นอิเล็กโทรไลติคขนาดเล็กจึงมี ESR ค่อนข้างสูง (และน่าเสียดายที่ ESR นั้นจะเพิ่มขึ้นตามอายุของตัวเก็บประจุ)

กระแสระลอกอินพุต, รวมกับการเหนี่ยวนำเล็ดลอดจากการเดินสายสามารถนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าเกินในอินพุตชิป ฉันแนะนำให้ทดสอบกับอุปกรณ์ที่มีสายยาวและทดสอบที่ขีด จำกัด ของช่วงอุปกรณ์ วางออสซิลโลสโคปไว้บนรางไฟฟ้าแล้วดูว่าแหลมใหญ่แค่ไหน ตัวเก็บประจุเซรามิก 22 µF ที่มีอิเล็กโตรไลติค (เช่น 1,000 µF / 25 V 105 ° C) ในแบบขนานหากคุณมีห้องจะดีกว่ามาก ตรวจสอบว่าเซรามิก "22 µF" มากกว่า 10 µF ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ควรใกล้เคียงกับชิปจริงมากที่สุด และแน่นอนว่าควรปฏิบัติตามแนวทางการจัดวางที่แนะนำในแผ่นข้อมูลให้ใกล้เคียงที่สุด

ความอิ่มตัวของตัวเหนี่ยวนำเป็นปัญหาที่แตกต่าง - มันมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่กระแสไฟฟ้าเข้าสูงสุด คุณสามารถทดสอบได้โดยบายพาส undervoltage lockout และลดอินพุตให้ต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่คาดไว้ อาการจะกระจายพลังงานที่มากเกินไปในชิป

ปัญหา: ตัวเก็บประจุ ESR สูงราคาถูกและไม่สนใจบันทึกแอปพลิเคชันการออกแบบ

แก้ไข

ไม่สนใจแอปพลิเคชันรถยนต์หากไม่ได้ใช้ให้จดบันทึกข้อกำหนดสำหรับตัวเก็บประจุ ESR ต่ำ

สำหรับการออกแบบนี้ใช้ตัวเก็บประจุเอาต์พุต TDK C3216X5R0J226M 22 μFสองตัว ESR ทั่วไปคือ 2 mΩต่อคน กระแส RMS ที่คำนวณได้คือ 0.286 A และตัวเก็บประจุเอาต์พุตแต่ละตัวได้รับการจัดอันดับสำหรับ 4 A

โปรดทราบว่า 22 μF * 2 mΩ = τ = 0.044 μsเป็นประสิทธิภาพการทำงานของเซรามิกที่ยอดเยี่ยมโดยที่ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ ESR ต่ำคือ <1 μsและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่ใช้งานทั่วไป >> 100 μs เนื่องจาก f >> 50 kHz นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมและปรับปรุงด้วยสามส่วนที่แนะนำในแบบคู่ขนาน

เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุ ESR * C = τที่ต่ำนี้ในตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอะลูมิเนียมแม้จะมี ESR ชนิดต่ำพิเศษ นี่คือเหตุผลที่ใช้เซรามิกในการออกแบบนี้

หาก ESR สูงเกินไปและมีการโหลดขั้นตอนแบบรีแอกทีฟดังนั้นจึงมีโอกาสมากขึ้นที่จะเกิดความไม่เสถียรแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมที่สูงขึ้น

หากคุณไม่มีข้อมูลจำเพาะการออกแบบยานยนต์หรือการทดสอบหรือแผนการทดสอบ DVT ด้วยการทดสอบความเค้นการออกแบบนี้ยังไม่เสร็จสมบูรณ์อย่างถูกต้อง

แผ่นข้อมูลแนะนำให้ C4 เป็นตัวเก็บประจุเซรามิก ESR ต่ำ(20 µF ถึง 68 µF) คุณดูเหมือนจะมีอิเล็กโทรไลต์ 22µF ตัวอย่างแผ่นข้อมูลทั้งหมดแสดง 10 twoF สองแบบขนาน ค่าจริงอาจขึ้นอยู่กับความถี่ ฉันไม่รู้ว่านี่อาจเป็นปัญหาหรือไม่ แต่...

ฉันเคย MC34063 ล้มเหลวเนื่องจากตัวเก็บประจุอินพุตต่ำไม่เหมาะสมหรือมี ESR สูง ความล้มเหลวมักเกิดขึ้นเมื่อปิดเครื่อง แต่อาจไม่เกี่ยวข้องกันที่นี่

จากการทดสอบการทำลายล้างที่นี่ในห้องแล็บมันจะปรากฏว่าสาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดของกองเครื่องกรองบั๊กที่ละลายนี้คือการประยุกต์ใช้ขั้วกลับด้านกับตัวแปลงบั๊ก

ขอบคุณทุกคนสำหรับข้อมูลเชิงลึกของคุณฉันจะใช้พวกเขาอย่างแน่นอนเพื่อปรับปรุงการทำซ้ำครั้งต่อไปของการออกแบบนี้

หากคุณตั้งใจจะกลับมาเยี่ยมชมการออกแบบอีกครั้งการเลือกชิ้นส่วนที่มีขีด จำกัด การเปิดใช้งานที่ควบคุมได้แน่นขึ้นจะช่วยให้สามารถแทนที่วงจรแรงดันไฟต่ำทั้งชุดได้ด้วยตัวหารที่เป็นไปได้ง่ายบนหมุด EN ประหยัดค่าใช้จ่ายนี้จะจ่ายสำหรับอุปกรณ์ใหม่และอาจให้งบประมาณสำหรับส่วนประกอบการป้องกันบางอย่าง TPS562200 สามารถ จำกัด กระแสสูงสุดที่ 5.3A ตัวเหนี่ยวนำอาจมีความอิ่มตัวสูง

ฉันขอแนะนำว่าชิ้นส่วนเล็ก ๆ กำลังจะร้อนเมื่อวางสิ่งของลงบนและเผาไหม้ เลย์เอาต์ของบอร์ดนั้นไม่ได้แสดงอะไรมากในการใช้ทองแดงเป็นฮีทซิงค์ระดับบอร์ดสำหรับชิ้นส่วน

คุณอาจจำเป็นต้องมีเครื่องกระจายความร้อนใช้แพ็คเกจที่มีแผ่นความร้อนในตัวและ / หรือค้นหาอีกส่วนหนึ่งในแพ็คเกจเสริมเนื้อมากขึ้น