PDF《大功率 BUCK DC-DC 系统可靠性研究》

3 技术支持 [email protected]

5、输入防反接保护 输入的正负极接反,芯片内部 PN 结正向偏置,二极管 Vf=0.7V,输入电压 24V-36V, 导致芯片失效.解决方法是在输入端接一个肖特基二极管,如D1,反向耐压要超过输入电 压.

6、输入电压瞬态保护 开关输入端,如果输入电源不稳定,瞬态高压或者电路板寄生参数较大,XL2596 芯片 输入端瞬态高压大电流,会导致芯片失效.解决方法是在输入端与 GND 之间接一个肖特基 二极管或者 TVS 二极管(D2) ,反向耐压要大于输入电压,而小于芯片最高输入电压;

PCB 布局走线方面,输入端和 GND 要粗,直,短,少拐弯,尽量减小寄生电感和寄生电阻. 下图为输入端上电波形. 未接 D1 上电波形 接上 D1 上电波形

7、电池输出时,防倒灌保护 做电池负载充电应用,如果输出电压比较大(>

12V),如图一方是连接的话,芯片会有失 效的可能.失效有两种模式: 如果输出电池包连接上, 但是芯片的输入电源没有接时, 内部的功率晶体管的基极相当 于悬空状态,这样一来 SW 点对 VIN 和GND 的反向耐压大大降低,如果输出电池包的电压 比较高的话,可能导致输出电池通过电感反向漏电而烧毁功率管;

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4 技术支持 [email protected] 如果电池包连接上,芯片反复上电,当输出电源从接上到关断的瞬间,输出电池电压+ 电感电压(由于电感中有储能)反向倒灌到 SW 点烧毁内部功率管. 通常用做电池负载充电应用时,如果输出电压比较大(>

12V), 都必须增加防倒灌反向隔 离二极管 D1;

如果输出电压比较低,则不需要,因为芯片 SW 点的反向耐压足够.解决方 法是在输出电感的前面或者后面串联一个正向的肖特基二极管, 来防止输出电池组的电压反 向倒灌进入芯片内. 降额设计 降额设计: 为了提升电子设备的可靠性而常用, 主要是指构成电子设备的元器件使用中 所承受的应力(电应力和温度应力)低于元器件本身的额定值,以达到延缓其参数退化,增 加工作寿命,提高使用可靠性的目的. 降额设计的主要因素及关键,降额主要因素:电应力和温度;

降额设计的关键:降额的 程度与效果;

施加在电子元器件上的电应力、 热应力大小直接影响电子元器件的失效率高低. 如锗 NPN 晶体管基本失效率与电应力及热应力关系,如果温度不变(0℃) ,而从满负荷使 用降至额定负荷的 0.1 使用,则基本失效率降低了

6 倍;

如果电应力不变(额定负荷的 0.1) 而温度从 90℃降至 0℃,则基本失效率降低了

16 倍;

如果负荷及温度都降低,电应力从额 定值 0.6 降至 0.1,而温度从 55℃降至 0℃,则基本失效率降低到原来的 1/20. 降额系数(S) 降额系数 S=工作应力/额定应力 应力泛指:电应力(电压、电流和功率)和热应力不同的电子器件在不同的环境有不同的应 力表现. 电应力降额容易,对温度降额,主要依靠热设计. 热设计 热失效是最常见的一种失效模式,电流过载,局部空间内短时间内通过较大的电流,会 防倒灌反向 隔离二极管 上海芯龙半导体有限公司 www.xlsemi.com

5 技术支持 [email protected] 转化成热,热聚集不易散掉,导致局部温度快速升高,过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和 器件本身.所以电失效的很大一部分是热失效. 产品的热设计是一个系统性的工程, 它指导并贯穿整个产品的设计工作, 因此需要热设 计工程师既要有深厚的理论知识,如传热学、流体力学、机械设计等,还要拥有丰富的工程 经验,只有这样才能在新产品的设计中既提高产品的竞争力又缩短研发周期. 对于热设计工程师来说, 当我们拿到一个项目的时候, 首先应该了解该产品的使用环境、 使用要求、基本结构及总功耗等,然后根据这些信息,确定该产品采用自然散热还是风冷. 对于自然散热的设备而言, 我们主要关注的就是如何让内部的热量尽量的通过传导, 导到产 品外部,然后通过空气的自然流动将热量带走.芯龙公司测试板 PCB 设计如下图: XL4003 测试板 XL4012 测试板 一般的热设计思路有三个措施:降耗、导热、布局.如何减小功耗的产生,大功耗器件 和外界之间的热阻,让热量快速传到外部. 热设计的常规方法如下几点: