Causa de falha do diodo na fonte de alimentação do modo de comutação abaixada

Em um projeto básico do regulador de tensão LM2675, com abaixamento (como mostrado na figura da folha de dados abaixo), qual poderia ser a principal causa de uma falha do diodo em curto-circuito (D1 na figura)?

Um pouco de fundo:

A empresa em que estou trabalhando projetou uma fonte de alimentação especial como parte de um produto maior há alguns anos, que aceita 24V como entrada e usa um LM2675 para produzir uma saída de 5V. O tipo do diodo é MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Alguns dispositivos (com essas unidades de fonte de alimentação) foram devolvidos pelo cliente e todas as unidades têm a mesma falha: Todos os diodos Shottky estão em curto-circuito.

Além do circuito na figura, há também um fusível poli para limitar a corrente de saída a 0,9A, portanto um curto-circuito secundário não deve destruir o diodo. Normalmente, a carga de saída é inferior a 100 mA.

O estranho é que o restante do circuito (na parte 5V) não é danificado, portanto continua funcionando após a substituição dos diodos com defeito.

A forma de onda nos diodos de trabalho se parece com a tensão de entrada de 24V, portanto, nenhum pico incomum de alta tensão é visível.

Forma de onda:

_{Fonte da imagem original}

Forma de onda ampliada:

_{Fonte da imagem original}

Você tem alguma experiência com esse tipo de falha?

Após reparar uma unidade devolvida, faça um oscilograma muito cuidadoso no Schottky com uma sonda curta de 10: 1 (conecte diretamente a ponta e use um fio terra muito curto) e sem largura de banda limitando a sua boa qualidade (100MHz ou melhor, armazenamento digital preferido).

Um exemplo de uma sonda curta, emprestada de outro lugar no EE.SE:

O que você está procurando é alta voltagem (um pico ou toque) na borda principal da forma de onda de voltagem. Sempre que você alterna uma carga indutiva, existe o potencial de alta tensão - a menos que você a procure com cuidado (por exemplo, com uma sonda curta e um bom escopo), você não a verá. Seu layout terá uma grande influência sobre se haverá ou não desagradabilidade em todo o Schottky, portanto, tenha certeza.

Se você acabar vendo algo feio, pode ser necessário introduzir um amortecedor RC no Schottky para evitar que o diodo avalie.

Esta é apenas uma verificação de sanidade ...

Sua potência de saída é de 5 W e, como o comutador opera a 260 kHz, a energia transferida por ciclo é: -

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

Para liberar essa energia de um indutor de 47 uH, é necessária uma corrente de "carga" de: -

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

Isso não soa muito para um diodo de 3 A capaz de picos não repetitivos de 80A.

O switcher é capaz de mudar para 0% do ciclo de trabalho, então não vejo que isso tenha alguma influência sobre as coisas. O polyfuse pode ser um problema - eles foram considerados OK? Você testou algum deles?

Eu suspeito que você possa ter um lote ruim de diodos ou há outras considerações que você não conhece. Na semana passada, tive vários diodos de 400 V estourando em mim e eles não estavam estressados. Talvez seja uma semana ruim para diodos!

Com o aumento da temperatura, a queda de Si diminui, mas a resistência a granel aumenta. Você deve levar a sério a fuga térmica ao usar shottkies. Se tiver idade suficiente para cortar os dentes nos transistores de germânio, você ficará bem. estão no mesmo estádio. Então, para o seu problema, o seu diodo é legal? .Se você puder aquecer seu SMPS externamente por qualquer meio e o diodo morrer prematuramente, você terá uma pista. Lembre-se de que a impedância de dissipação de calor ou térmica do diodo terá que ser menor do que você imagina. Usar um diodo de tensão mais alta pode ser um problema. rápido sair do cartão de prisão. Lembre-se de que as diferenças de banda estão no mesmo estádio. Então, para o seu problema, o seu diodo é legal? .Se você puder aquecer seu SMPS externamente por qualquer meio e o diodo morrer prematuramente, você terá uma pista. Lembre-se de que a impedância de dissipação de calor ou térmica do diodo terá que ser menor do que você imagina. Usar um diodo de tensão mais alta pode ser um problema. rápido sair do cartão de prisão. Lembre-se de que as diferenças de banda estão no mesmo estádio. Então, para o seu problema, o seu diodo é legal? .Se você puder aquecer seu SMPS externamente por qualquer meio e o diodo morrer prematuramente, você terá uma pista. Lembre-se de que a impedância de dissipação de calor ou térmica do diodo terá que ser menor do que você imagina. Usar um diodo de tensão mais alta pode ser um problema. rápido sair do cartão de prisão.

Sua entrada é rotulada como 8V a 40V. Seu diodo shottky verá a tensão de entrada durante a comutação. Se sua entrada pode realmente ir para 40V, seu schottky deve ter uma classificação de 60V ou pelo menos 50V.

O limite de corrente do comutador também é de 1,5A. Parece que seu cliente deve estar colocando mais de 24V na entrada. Os Shottkys precisam de uma margem de tensão saudável ou eles reverterão o vazamento e ficarão quentes.

Acho que o problema com o seu fusível poli 0.9A é provavelmente a corrente de retenção do fusível PTC. A corrente de disparo real pode ser 2 ou 3 vezes maior, conforme visto nesta folha de dados Também é importante observar que, na hora de desarmar, eles especificaram uma corrente de falha de 1,25, que é 5 vezes maior que a corrente de retenção e é o que eu normalmente vejo como uma diretriz para a corrente de desarme. O cenário mais provável é que, com uma corrente de retenção de 0,9A, a corrente de falha será de 4,5A, no entanto, o LM2675 limitará a corrente usando seu limite de corrente interno para 2,2A máx, que nunca desarmará o PTC. Portanto, sob uma falha, o diodo estará dissipando a maior parte da energia e, se não houver um bom aquecimento para o diodo, provavelmente ocorrerá uma falha enquanto o LM2675 permanecerá inalterado devido ao seu desligamento térmico interno

Serão picos de sobretensão que estão causando os shorts Schottky (muitos anos de experiência em SMPSU). Se você observar a forma de onda com um escopo de largura de banda maior, será vista. 100 MHz não é realmente bom o suficiente, sugira 500 no mínimo para ver tudo. Use amortecedor conforme a classificação de tensão sugerida ou mais alta.

Sei que é muito tarde, mas pode ajudar outras pessoas, que encontram o fio como eu.