Causa de la falla del diodo en la fuente de alimentación de modo de conmutación descendente

En un diseño de regulador de voltaje LM2675 reductor de conmutación básico (como se muestra en la imagen de la hoja de datos a continuación), ¿cuál podría ser la causa principal de una falla de diodo en cortocircuito (D1 en la imagen)?

Un poco de historia:

La compañía para la que estoy trabajando diseñó una fuente de alimentación especial como parte de un producto más grande hace unos años, que acepta 24 V como entrada y utiliza un LM2675 para producir una salida de 5 V. El tipo de diodo es MBRS340 (Shottky, 3A, 40V).

Algunos dispositivos (con estas unidades de suministro de energía) han sido devueltos por el cliente y todas las unidades tienen la misma falla: todos los diodos Shottky están en cortocircuito.

Además del circuito en la imagen, también hay un fusible polivinílico para limitar la corriente de salida a 0.9A, por lo que un cortocircuito secundario no debe destruir el diodo. Por lo general, la carga de salida es inferior a 100 mA.

Lo extraño es que el resto del circuito (en la parte de 5V) no se daña, por lo que sigue funcionando después de reemplazar los diodos defectuosos.

La forma de onda en los diodos de trabajo se ve así mientras el voltaje de entrada es de 24 V, por lo que no se observan picos de alto voltaje inusuales.

Forma de onda:

_{Fuente de imagen original}

Forma de onda ampliada:

_{Fuente de imagen original}

¿Tienes alguna experiencia con este tipo de fallas?

Después de reparar una unidad devuelta, lleve un oscilograma muy cuidadoso a través del Schottky con una sonda de alcance corta de 10: 1 (conecte directamente la punta y use un cable a tierra muy corto) y sin limitación de ancho de banda en su buena calidad (100MHz o mejor, almacenamiento digital preferido) alcance.

Un ejemplo de una breve investigación, tomada de otro lugar en EE. UU .:

Lo que está buscando es alto voltaje (un pico o timbre) en el borde de ataque de la forma de onda de voltaje. Cada vez que cambia una carga inductiva, existe el potencial de alto voltaje, a menos que lo busque con cuidado (es decir, con una sonda corta y un buen alcance) no lo verá. Su diseño tendrá una gran influencia sobre si habrá o no asco en Schottky, por lo tanto, mida para estar seguro.

Si terminas viendo algo feo, es posible que debas introducir un amortiguador RC a través del Schottky para evitar que el diodo se avalande.

Esto es solo un control de cordura ...

Su potencia de salida se establece como 5 W y debido a que el conmutador funciona a 260 kHz, la energía transferida por ciclo es: -

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

Para liberar esta energía de un inductor de 47 uH se requiere una corriente de "carga" de: -

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

Esto no suena demasiado para un diodo de 3 A capaz de picos no repetitivos de 80A.

El conmutador es bastante capaz de cambiar a un ciclo de trabajo del 0%, por lo que no puedo ver que esto tenga alguna relación con las cosas. El fusible múltiple podría ser un problema: ¿se encontró que estaban bien? ¿Probaste alguno de ellos?

Sospecho que puede tener un lote de diodos defectuoso o hay algunas otras consideraciones que no conoce. La semana pasada tuve varios diodos de 400 V que se encendieron y no sufrieron ningún estrés. ¡Quizás sea una mala semana para los diodos!

Claro que a medida que aumenta la temperatura, la caída de Si hacia adelante disminuye, pero la resistencia aumenta. Debe tomarse en serio la fuga térmica cuando use shottkies. Si tiene la edad suficiente para cortarse los dientes en los transistores de germanio, estará bien. Recuerde que las brechas de banda están en el mismo estadio de béisbol. Entonces, para tu problema, ¿tu diodo es genial? Si puede calentar su SMPS externamente por cualquier medio y el diodo muere prematuramente, tendrá una pista. Recuerde que el disipador térmico o la impedancia térmica del diodo tendrá que ser más bajo de lo que cree. Usar un diodo de mayor voltaje podría ser un Salida rápida de la tarjeta de la cárcel. Recuerde que las brechas de banda están en el mismo estadio de béisbol. Entonces, para su problema, ¿su diodo es genial? Si puede calentar su SMPS externamente por cualquier medio y el diodo muere prematuramente, tendrá una pista. Recuerde que el disipador térmico o la impedancia térmica del diodo tendrá que ser más bajo de lo que cree. Usar un diodo de mayor voltaje podría ser un Salida rápida de la tarjeta de la cárcel. Recuerde que las brechas de banda están en el mismo estadio de béisbol. Entonces, para su problema, ¿su diodo es genial? Si puede calentar su SMPS externamente por cualquier medio y el diodo muere prematuramente, tendrá una pista. Recuerde que el disipador térmico o la impedancia térmica del diodo tendrá que ser más bajo de lo que cree. Usar un diodo de mayor voltaje podría ser un Salida rápida de la tarjeta de la cárcel.

Su entrada está etiquetada como 8V a 40V. Su diodo shottky verá el voltaje de entrada durante la conmutación. Si su entrada realmente puede llegar a 40V, entonces su schottky debe ser de 60V o al menos 50V.

El límite de corriente del interruptor también es 1.5A. Parece que su cliente debe estar poniendo más de 24V en la entrada. Shottkys necesita un margen de voltaje saludable o revertirán las fugas y se calentarán.

Creo que el problema es con su fusible poli 0.9A es probablemente la corriente de retención del fusible PTC. La corriente de disparo real para el poder 2 o 3 veces mayor como se ve en esta hoja de datos También es importante tener en cuenta en el tiempo de disparo que especificaron una corriente de falla de 1.25 que es 5 veces mayor que la corriente de retención y es lo que normalmente he visto como una guía para la corriente de disparo. El escenario más probable es que con una corriente de retención de 0.9A su corriente de falla será de 4.5A, sin embargo, el LM2675 limitará la corriente usando su límite de corriente interna a 2.2A max que nunca disparará el PTC. Entonces, bajo una falla, el diodo estará disipando la mayor parte de la energía y si no hay un buen calentamiento del diodo, lo más probable es que falle, mientras que el LM2675 no se verá afectado debido a su apagado térmico interno

Serán picos de sobretensión los que causen los cortos de Schottky (muchos años de experiencia en SMPSU). Si observa la forma de onda con un alcance de ancho de banda mayor, las verá. 100 MHz no es lo suficientemente bueno, sugiere un mínimo de 500 para verlo todo. Use el amortiguador como se sugiere o un voltaje más alto.

Me doy cuenta de que esto es muy tarde, pero puede ayudar a otros, que encuentran el hilo como lo hice yo.