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LTC3780-60W小批量损坏问题

LTC3780的常规应用的电源

输入:8-30V,输出:12V 5A

4只MOS管用的SIR422,

电感是铁硅铝磁环15uH电感,磁环13X5mm,

输入加入一只相同的电感的PI型滤波,

输入电容2只330uF/35V电容,输出2只470uF/16V电容

  先后分3次各做了100只,100只,200只,3780和MOS管等器件都不是同一批次的。每次出货的时候,只在最小输入电压8V和最大输入30V各做一次上电测试带4A负载测试,不做时间老化测试。

每个批次中,客户使用总会出现2-3只坏的情况,客户反映,每次坏都是在上电的时候出现,客户的应用几乎都是12V稳定输入,24V稳定输入,经过测试发现大部分都是2只下管MOS管击穿,对应的3780的驱动脚对地短路,有的是输入下管击穿,有的是输出下管击穿,有的都击穿,还有一只4只管全部击穿短路。

返修更换芯片和MOS管后,做了一些动态测试,比如负载跳变测试,输入电压8-30V大幅度变化带载空载测试(因为没有编程电源,手动快速调压的方式),输出短路测试,带载上电测试,空载上电测试,老化测试,都没有问题。

不知道有没有前辈出现过这样的问题,希望能分享一下经验。

有没有可能是输入源的功率不够导致呢?

原理图如下:

8V输入BOOST, 4A负载下输出上管TG1波形如下:

8V输入BOOST, 4A负载下输出下管BG1波形如下:

8V输入BOOST, 4A负载下输入下管BG2波形如下:

8V输入BOOST, 4A负载下输入上管TG2波形如下:

8V输入BOOST, 4A负载下,输出SW1波形如下:

8V输入BOOST, 4A负载下,输入SW2波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下,输出上管TG1波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下,输出下管BG1波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下,输入下管BG2波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下,输入上管TG2波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下,输出SW1波形如下:

30V输入BUCK, 4A负载下输入SW2波形如下:

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yuyuyu5
LV.8
2
2018-11-27 12:25
更换就解决了,,,,,,,,,,,,,
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liufan
LV.4
3
2018-11-27 13:09
@yuyuyu5
更换就解决了,,,,,,,,,,,,,

恩, 更换了之后就好了,我现在想找到原因,  猜测有这个方面的原因:

1. MOS管在贴片的时候,因为静电防护等等不当操作,造成MOS管的隐性问题,出货的时候做简单的测试没有检测出来,在客户那里出现

2. 物料本身存在不良的问题

3. 输入给电源的输入源功率不够,不过,我不太确定当输入功率不够的时候损坏的机理是什么?

这些暂时是我的猜测而已,随后我限制一下输入源的电流再做一次测试看看。。。

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liufan
LV.4
4
2018-11-27 13:11
@yuyuyu5
更换就解决了,,,,,,,,,,,,,

另外,还有一个问题,在BOOST的时候,从波形可以看到PWM的占空比抖动很厉害,这个是正常的吗? 

哪些原因会造成PWM发生大幅度的抖动呢?

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2018-11-27 16:41
@liufan
另外,还有一个问题,在BOOST的时候,从波形可以看到PWM的占空比抖动很厉害,这个是正常的吗? 哪些原因会造成PWM发生大幅度的抖动呢?
先测下8v和30v输入时电感电流波形,看L2是否饱和。
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2018-11-27 21:21
你好,请问如何上传图片呢?试过几次都提示无法上传,可以解答一下吗
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2018-11-28 09:03
我们用的3789也有这个问题,找不到原因
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2018-11-28 09:42
@Tim(自国)
你好,请问如何上传图片呢?试过几次都提示无法上传,可以解答一下吗
您无法上传图片的话,可以添加我的QQ(1929515385),将具体情况跟我讲一下,我这边帮您看一下
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liufan
LV.4
9
2018-11-29 01:44
@ymyangyong
先测下8v和30v输入时电感电流波形,看L2是否饱和。

我大概看了一下采样电阻的波形,应该没有饱和,上升和下降还比较线性,不知道是不是测量的问题,采样电阻上的尖峰很多。

明天发波形把。。有点晚了。

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liufan
LV.4
10
2018-11-29 01:46
@Tim(自国)
你好,请问如何上传图片呢?试过几次都提示无法上传,可以解答一下吗
是不是格式不对啊,我这边是JPG格式的,没有什么问题。
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liufan
LV.4
11
2018-11-29 01:49
@ymyangyong
先测下8v和30v输入时电感电流波形,看L2是否饱和。

占空比抖动,我了解了一下,说和电流的斜坡补偿和环路有些关联,LTC3780有一个ITH端,我用手去触摸这个脚的时候,占空比抖动更加厉害,只是不知道我该如何调整这个脚的外围器件。

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liufan
LV.4
12
2018-11-29 02:00
@千里知外
我们用的3789也有这个问题,找不到原因

上面发的图是开了20M带宽限制的,看起来还不错,今天关掉了20M限制,再测量,尖峰明显多了。

后来,在4个MOS管的栅极差各串联了一只18欧姆的电阻,担心这个电阻太大,MOS管功耗过高,就空载开机,输出正常,但是MOS管很热,输入电流明显增大,说明开关功耗明显增大了。

后来又各并联了2只18的电阻,3只并联差不多6欧姆,GS驱动的上升沿顶部稍微有点圆,不开20M带宽限制的时候,尖峰和振荡明显降低了不少,效率没有测量。

另外,我猜测烧MOS管和尖峰可能有关,可能是栅极没有串联电阻导致的,我准备改版加3.3欧姆RG电阻,

你的3789栅极加了RG电阻没有?


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liufan
LV.4
13
2018-11-29 02:02

另外,有一个问题,有点困惑,给被测电源供电的220V电源插头和示波器的插头是否不能使用同一个插线板供电?

描述几个现象:

1.   220V电源的输出负极地线和被测电源是共地的,当示波器的地线夹子悬空,直接测量被测电源的某个点,示波器可以显示出波形,只是波形很不稳定,而把地线夹子接到被测电源,波形就稳定了。

2.  当示波器的地线夹不接被测电源的地线,比如,比如我要测量高边MOS管的VGS波形,地线夹子接到高边MOS管的S极,测量接到G极,表笔在接触时会有打火现象。感觉像是漏电一样,理论上2个设备是独立,没有压差回路,怎就打火呢?  记得曾经测量过一次MC34063的时候,因为示波器表笔测量打火把MC34063烧掉了,具体不记得是测的哪2个点了,后来,我试着将220V电源和示波器的插头分别插到2个线路很远的插线板,这个现象就明显好很多。

这些个现象像是220电源和示波器通过市电线路产生了一个公共的连接而出现的打火。

如何解释和如何解决呢?

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2018-11-29 09:26
@liufan
占空比抖动,我了解了一下,说和电流的斜坡补偿和环路有些关联,LTC3780有一个ITH端,我用手去触摸这个脚的时候,占空比抖动更加厉害,只是不知道我该如何调整这个脚的外围器件。

布线没做好,也会有干扰。

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2018-11-29 10:38

楼主:我想问个问题,如果这个电源输入是12V,输出也是12V,4个MOS管是怎样工作的,输入12V输出也是12V,电路不升压也不降压,是不是在输入电压等于输出电压的时候,MOS烧掉的,我没有做过这种电路所以才问楼主的。

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liufan
LV.4
16
2018-11-29 13:18
@空军通信兵
楼主:我想问个问题,如果这个电源输入是12V,输出也是12V,4个MOS管是怎样工作的,输入12V输出也是12V,电路不升压也不降压,是不是在输入电压等于输出电压的时候,MOS烧掉的,我没有做过这种电路所以才问楼主的。

当VIN>VOUT时,输出上管处于长通状态,下管关断,输入的上管和下管处于BUCK同步整流降压模式;

当VIN

当VIN>=VOUT时,或者 VIN<=VOUT,  这里的大于和小于是指趋势的意思,因为VIN和VOUT没有绝对相等的状况,控制器会先降压再升压,4只MOS管会同时工作,保持VOUT的稳定。

2种状况的区别就是 在每个PWM的周期中,以振荡时钟的上升沿作为起点,输入2管和输出2管的先后顺序不同。 具体可以看看中文手册的第12页,有具体的描述,不过,我感觉手册的描述有点问题,管子的A,B,C,D标号写错了。

模式的切换条件没有研究过,我猜应该和芯片的优化设计有关系,这个就不太清楚了,可以通过查看波形研究。

对于开关电源,我还不是很在行,只是略懂一点皮毛而已,希望可以多交流交流

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liufan
LV.4
17
2018-11-29 13:27
@空军通信兵
楼主:我想问个问题,如果这个电源输入是12V,输出也是12V,4个MOS管是怎样工作的,输入12V输出也是12V,电路不升压也不降压,是不是在输入电压等于输出电压的时候,MOS烧掉的,我没有做过这种电路所以才问楼主的。

客户的应用是输入稳定的12V和24V, 坏的情况都是在开机瞬间, 暂时还不知道是不是在12V输入的时候损坏的。

我没有加RG电阻,关20M限制,用示波器观察,尖峰和振荡还是有一些的,也不排除是瞬时尖峰导致的。

不过,我测试了,输入8-30之间,进行过空载上电测试,带载上电测试,没有出现损坏的情况。 

前天也测试了,限制输入功率的方式带载上电测试,也没有出现损坏的情况。

客户的负载是液晶显示器的视频控制板和LED液晶屏。

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2018-11-29 14:28
@liufan
客户的应用是输入稳定的12V和24V,坏的情况都是在开机瞬间,暂时还不知道是不是在12V输入的时候损坏的。我没有加RG电阻,关20M限制,用示波器观察,尖峰和振荡还是有一些的,也不排除是瞬时尖峰导致的。不过,我测试了,输入8-30之间,进行过空载上电测试,带载上电测试,没有出现损坏的情况。 前天也测试了,限制输入功率的方式带载上电测试,也没有出现损坏的情况。客户的负载是液晶显示器的视频控制板和LED液晶屏。
每个MOS管的G级是要加电阻的(阻值10欧姆左右0,不加电阻MOS管容易坏,冲击太大,还要加一个10K的下地电阻,给高压形成一个释放回路。我也不是专业做电源的,我是学通信工程专业毕业的。论坛里有人讨论当输入等于输出这种情况。Boost,BUCK电路输出端纹波很大,做大功率电源我不赞成这种架构。其实很早(2015年)论坛里就有人发表这种电路/upload/community/2018/11/29/1543472888-84561.pdf
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liufan
LV.4
19
2018-11-30 01:07
@空军通信兵
每个MOS管的G级是要加电阻的(阻值10欧姆左右0,不加电阻MOS管容易坏,冲击太大,还要加一个10K的下地电阻,给高压形成一个释放回路。我也不是专业做电源的,我是学通信工程专业毕业的。论坛里有人讨论当输入等于输出这种情况。Boost,BUCK电路输出端纹波很大,做大功率电源我不赞成这种架构。其实很早(2015年)论坛里就有人发表这种电路/upload/community/2018/11/29/1543472888-84561.pdf。

GS并联10K电阻,这个手册上面没有提过,包括原厂的几款3780的EVM板上都没有加,可能在芯片内部已经内置了也说不定。

这个芯片有人做到了200W,并且量产,就是坛子里面的人。

另外,芯片手册上提到,当输入和输出接近的时候,效率最高,在突发模式下,负载电流2A时,效率快到99%,我想不至于会产生很大的文波吧,

我这边自己测试的文波大概在100mVpp。

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wfc0312
LV.5
20
2018-12-01 15:53

我碰到过类似情况,拓扑也差不多,

不过我的是数字电源,现在基本确定是GPIO PWM部分配置问题。我还在查。

你那个我建议测试一下启动瞬间MOS的驱动波形。不要测稳态。

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liufan
LV.4
21
2021-04-29 20:33

好快,时隔2年了,这个问题最终的解决办法就时在MOS管的栅极串联了小电阻,后来再批量的时候,没有发现损坏MOS管的问题,希望能帮到遇到类似问题的人。。。。

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