Mam wdrożoną konstrukcję, w której doświadczamy wysokiego (~ 4%) wskaźnika awaryjności w obniżonej części konwertera buck 12V na 5V. Rolą konwertera buck w obwodzie jest obniżenie napięcia wejściowego 12 V (z podłączonego akumulatora kwasowo-ołowiowego) do 5 V, które jest następnie podawane do gniazda USB-A w celu ładowania akumulatora.

Wszystkie zwrócone jednostki mają ten sam charakterystyczny układ scalony przetwornika z wysadzoną pompą.

IC to TPS562200DDCT firmy Texas Instruments (renomowany producent, więc słyszę)

Oto arkusz danych.

Oto zdjęcie uszkodzonej jednostki:

Oto schemat:

Oto plik projektu PCB dla tej sekcji płyty:

Analizując awarię układu scalonego konwertera buck, myślę , że można zignorować obwód odcięcia niskiego poziomu baterii. Ta część obwodu po prostu wykorzystuje napięcie odniesienia i dolny tranzystor polowy FET, aby odciąć ujemny zacisk akumulatora od reszty obwodu, gdy napięcie akumulatora spadnie poniżej 11 V.

Wydaje mi się, że zewnętrzne zwarcie w urządzeniu podłączonym do gniazda USB nie byłoby winowajcą, ponieważ TPS562200DDCT ma wbudowane zabezpieczenie nadprądowe:

7.3.4 Zabezpieczenie prądowe Ograniczenie nadprądowe wyjściowe (OCL) jest realizowane za pomocą obwodu sterującego wykrywającego dolinę cyklicznie. Prąd przełączania jest monitorowany w stanie WYŁ. Przez pomiar odpływu dolnego FET do napięcia źródła. Napięcie to jest proporcjonalne do prądu przełączania. Aby poprawić dokładność, wykrywanie napięcia jest kompensowane temperaturowo. W czasie włączenia wysokowydajnego przełącznika FET prąd przełączania rośnie w sposób liniowy określony przez VIN, VOUT, czas włączenia i wartość cewki wyjściowej. W czasie włączania dolnego przełącznika FET prąd ten zmniejsza się liniowo. Średnia wartość prądu przełączania to prąd obciążenia IOUT. Jeśli monitorowany prąd jest wyższy niż poziom OCL, przetwornica utrzymuje niskotemperaturowy FET włączony i opóźnia utworzenie nowego ustawionego impulsu, nawet pętla sprzężenia zwrotnego napięcia wymaga takiego, aż bieżący poziom osiągnie poziom OCL lub niższy. W kolejnych cyklach przełączania czas włączenia jest ustawiany na stałą wartość, a prąd jest monitorowany w ten sam sposób. Jeśli występuje stan przetężenia, kolejne cykle przełączania, wewnętrzny próg OCL jest ustawiany na niższy poziom, zmniejszając dostępny prąd wyjściowy. Gdy występuje cykl przełączania, w którym prąd przełączania nie przekracza powyżej progu OCL, licznik jest resetowany, a próg OCL jest przywracany do wyższej wartości. Istnieje kilka ważnych uwag dotyczących tego rodzaju ochrony przed przetężeniem. Prąd obciążenia jest wyższy niż próg nadprądowy o połowę prądu tętnienia szczytowego cewki indukcyjnej. Ponadto, gdy prąd jest ograniczony, napięcie wyjściowe zwykle spada, ponieważ wymagany prąd obciążenia może być wyższy niż prąd dostępny z przetwornika. Może to spowodować spadek napięcia wyjściowego. Gdy napięcie VFB spadnie poniżej napięcia progowego UVP, komparator UVP to wykrywa. Następnie urządzenie wyłącza się po upływie czasu opóźnienia UVP (zwykle 14 μs) i uruchamia się ponownie po czasie czkawki (zwykle 12 ms).

Czy ktoś ma pojęcie, jak to się mogło stać?

EDYTOWAĆ

Oto link do projektu referencyjnego, w którym wymyśliłem wartości komponentów i punkty operacyjne konwertera buck za pomocą TI WEBENCH Designer:
https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID = F18605EF5763ECE7

EDYTOWAĆ

W laboratorium przeprowadziłem kilka niszczycielskich testów i mogę potwierdzić, że otrzymuję bardzo podobny stos stopionego plastiku, w którym kiedyś znajdował się konwerter Buck, jeśli podłączę akumulator z odwrotną polaryzacją. Ponieważ nasz wybór złącza baterii zapewnia stosunkowo dużą szansę na przypadkowe wtyczki o odwróconej polaryzacji (powiedzmy 4% szansy -> mrugnięcie), wydaje się prawdopodobne, że jest to odpowiedzialne za większość zaobserwowanych awarii.

Podejrzewam przepięcie na chipie, z drugą możliwością nasycenia cewki indukcyjnej, jak sugeruje @oldfart w komentarzu.

Twoje obejście zasilania to kondensator elektrolityczny, nieco oddalony od układu scalonego i mały elektrolityczny, więc ma względnie wysoką ESR (i niestety ESR, która wzrośnie w miarę starzenia się kondensatora).

Wejściowy prąd tętnienia w połączeniu z błądzącą indukcyjnością z okablowania może doprowadzić do przepięcia na wejściu układu. Sugeruję przetestowanie go z zasilaczem z długimi drutami i przetestowanie na granicy zakresu zasilania. Umieść oscyloskop na szynach zasilających i zobacz, jak duże są kolce. Ceramiczny kondensator 22 µF z elektrolitem (np. 1000 µF / 25 V 105 ° C) równolegle, jeśli masz miejsce, byłby znacznie lepszy. Sprawdź, czy ceramika „22 µF” ma ponad 10 µF przy maksymalnym napięciu roboczym. Powinno być tak blisko, jak to praktycznie możliwe do układu. Oczywiście najlepiej postępować zgodnie z sugerowanymi praktykami dotyczącymi układu w arkuszu danych tak dokładnie, jak to możliwe.

Nasycenie cewki indukcyjnej to inna kwestia - zwykle występuje przy minimalnym napięciu zasilania, gdzie prąd wejściowy jest maksymalny. Możesz to przetestować, omijając blokadę podnapięciową i zmniejszając moc wejściową znacznie poniżej normalnie oczekiwanego minimum. Objawami byłoby nadmierne rozproszenie mocy w układzie.

Problem: tani kondensator o wysokiej ESR i ignorowanie uwag dotyczących projektu.

Edytować

Ignorując aplikacje samochodowe, jeśli nie ma zastosowania, zwróć uwagę na wymagania dotyczące kondensatorów o niskim ESR.

W tym projekcie zastosowano dwa kondensatory wyjściowe TDK C3216X5R0J226M 22 μF. Typowa wartość ESR wynosi 2 mΩ każdy. Obliczony prąd RMS wynosi 0,286 A, a każdy kondensator wyjściowy ma moc znamionową 4 A.

Należy pamiętać, że 22 μF * 2 mΩ = τ = 0,044 μs to doskonała wydajność ceramiczna, w której kondensatory elektrolityczne o niskim ESR wynoszą <1 μs, a kondensatory elektrolityczne ogólnego przeznaczenia >> 100 μs. Ponieważ f >> 50 kHz ma to zasadnicze znaczenie dla regulacji i zostało ulepszone dzięki trzem sugerowanym częściom równolegle.

Niemożliwe jest osiągnięcie tego niskiego ESR * C = τ w aluminiowym kondensatorze elektrolitycznym, nawet przy bardzo niskim typie ESR. Dlatego w tym projekcie zastosowano ceramikę.

Jeśli ESR jest zbyt wysoki i stosowane są obciążenia bierne reaktywne, wówczas jest większa szansa na niestabilność, wyższe napięcie tętnienia i przeregulowanie.

Jeśli nie masz projektu motoryzacyjnego lub specyfikacji testu lub planu testów DVT z testami warunków skrajnych, projekt ten nie został poprawnie ukończony.

Arkusz danych zaleca, aby C4 był ceramiką o niskim ESR kondensator (20 µF do 68 µF). Wygląda na to, że masz elektrolityczny 22 µF. Wszystkie przykłady arkuszy danych pokazują dwa równoległe 10 µF. Rzeczywista wartość prawdopodobnie zależy od częstotliwości. Nie mam pojęcia, czy może to stanowić problem. Ale...

Miałem awarię MC34063, ponieważ kondensator wejściowy był niewłaściwie niski lub miał wysoką ESR. Awaria zwykle występowała przy wyłączeniu zasilania, ale tutaj może to nie mieć znaczenia.

Poprzez niszczące testy tutaj w laboratorium wydaje się, że najbardziej prawdopodobną przyczyną tego stopionego stosu wewnętrznych konwerterów buck było zastosowanie odwrotnej polaryzacji w konwerterze buck.

Dzięki wszystkim za wasze spostrzeżenia, na pewno wykorzystam je, aby poprawić kolejną iterację tego projektu.

Jeśli zamierzasz ponownie odwiedzić projekt, wybranie części z bardziej ściśle kontrolowanym progiem Enable umożliwiłoby zastąpienie całego obwodu odcięcia niskiego napięcia prostym dzielnikiem potencjału na styku EN. Ta oszczędność kosztów zapłaci za nowe urządzenie i może dać trochę budżetu na niektóre elementy ochrony. TPS562200 może ograniczać prąd do 5,3A. Cewka indukcyjna jest wtedy prawdopodobnie bardzo nasycona.

Sugerowałbym, że bardzo mała część zaczyna się rozgrzewać, gdy zostanie na niej umieszczony ładunek i po prostu się spali. Układ płytki nie pokazuje również wiele w sposobie użycia miedzi jako radiatora poziomu płyty dla części.

Być może będziesz musiał wymyślić rozpraszacz ciepła, użyć pakietu ze zintegrowaną podkładką termiczną i / lub znaleźć inną część w dużo mocniejszym pakiecie.