降圧スイッチングモード電源のダイオード故障の原因

基本的なスイッチング降圧LM2675電圧レギュレータの設計（下のデータシートの図に示す）では、短絡ダイオードの故障（図のD1）の主な原因は何でしょうか？

少し背景：

私が働いている会社は、数年前の大型製品の一部として、24Vを入力として受け入れ、LM2675を使用して5Vの出力を生成する特別な電源を設計しました。ダイオードのタイプはMBRS340（ショットキー、3A、40V）です。

一部のデバイス（これらの電源ユニット付き）はお客様から返品され、すべてのユニットに同じ障害があります。すべてのショットキーダイオードが短絡しています。

写真の回路に加えて、出力電流を0.9Aに制限するポリヒューズもあります。そのため、2次短絡によってダイオードが破壊されることはありません。通常、出力負荷は100 mA未満です。

奇妙なことに、回路の残りの部分（5V部分）は損傷しないので、故障したダイオードを交換した後も回路は機能し続けます。

入力電圧が24Vの場合、動作ダイオードの波形はこのようになり、異常な高電圧スパイクは見られません。

波形：

_{元の画像ソース}

ズームインした波形：

_{元の画像ソース}

これらの種類の障害についての経験はありますか？

返送されたユニットを修理した後、短い10：1スコーププローブ（チップを直接接続し、非常に短いアース線を使用）でショットキー全体に非常に慎重なオシログラムを取り、高品質の帯域幅制限なし（100MHz以上のデジタルストレージ）推奨）スコープ。

EE.SEの他の場所から借用した短いプローブの例：

探しているのは、電圧波形の立ち上がりエッジでの高電圧（スパイク、またはリンギング）です。誘導性負荷を切り替えるたびに、高電圧が発生する可能性があります。注意深く（つまり、短いプローブと適切なスコープを使用して）探しない限り、高電圧は表示されません。レイアウトはショットキー全体に厄介なものがあるかどうかに大きな影響を与えるので、確実に測定してください。

醜いものを見つけた場合は、ショットキー全体にRCスナバを導入して、ダイオードがなだれを起こさないようにする必要があります。

これは単なる健全性チェックです...

出力電力は5 Wと記載されており、スイッチャーは260 kHzで動作するため、サイクルごとに転送されるエネルギーは次のとおりです。

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

このエネルギーを47 uHインダクターから解放するには、次の「充電」電流が必要です。

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

これは、80Aの非繰り返しピークが可能な3 Aダイオードではあまり聞こえません。

スイッチャーは、0％のデューティサイクルに切り替えることができるので、これが何かに影響していることはわかりません。ポリヒューズが問題である可能性があります-これらは問題ありませんでしたか？それらのいずれかをテストしましたか？

ダイオードのバッチが不良であるか、気付いていない他の考慮事項があると思います。先週、私はいくつかの400 Vダイオードをポップしましたが、まったくストレスがありませんでした。たぶんそれはダイオードにとって悪い週です！

温度が上がると、Siの順方向降下は下がりますが、バルク抵抗は上がります。ショットキーを使用するときは、熱暴走を真剣に検討する必要があります。ゲルマニウムトランジスタで歯を切るのに十分な年齢であれば、問題ありません。バンドギャップに注意してください。あなたの問題はあなたのダイオードがクールですか？何らかの方法で外部からSMPSを加熱でき、ダイオードが時期尚早に停止した場合、手掛かりが得られます。ダイオードのヒートシンクまたは熱インピーダンスは、思ったよりも低くなければならないことに注意してください。高電圧ダイオードを使用すると、刑務所カードからすぐに出る。バンドギャップが同じ範囲内にあることを忘れないでください。何らかの方法で外部からSMPSを加熱でき、ダイオードが時期尚早に停止した場合、手掛かりが得られます。ダイオードのヒートシンクまたは熱インピーダンスは、思ったよりも低くなければならないことに注意してください。高電圧ダイオードを使用すると、刑務所カードからすぐに出る。バンドギャップが同じ範囲内にあることを忘れないでください。何らかの方法で外部からSMPSを加熱でき、ダイオードが時期尚早に停止した場合、手掛かりが得られます。ダイオードのヒートシンクまたは熱インピーダンスは、思ったよりも低くなければならないことに注意してください。高電圧ダイオードを使用すると、刑務所カードからすぐに出る。

入力には8V〜40Vというラベルが付けられています。ショットキーダイオードには、スイッチング中に入力電圧が表示されます。入力が本当に40Vになる場合は、ショットキーは60V定格または少なくとも50V定格でなければなりません。

スイッチ電流制限も1.5Aです。顧客が入力に24V以上を供給している必要があるようです。Shottkyは適切な電圧マージンを必要とします。そうしないと、リークが逆転して熱くなります。

ポリヒューズ0.9Aの問題は、おそらくPTCヒューズの保持電流にあると思います。このデータシートに示されているように、実際のトリップ電流は2〜3倍高い可能性があります また、トリップする時間に注意することは重要で、ホールド電流の5倍大きい1.25のフォールト電流と、トリップ電流のガイドラインとして私が通常見ているものを指定しました。最も可能性の高いシナリオは、0.9Aの保持電流で故障電流が4.5Aになることですが、LM2675は内部電流制限を使用して電流を最大2.2Aに制限するため、PTCが作動することはありません。したがって、障害が発生すると、ダイオードはほとんどの電力を消費します。ダイオードに適切なヒートシンクがなければ、内部のサーマルシャットダウンのためにLM2675が影響を受けないまま故障する可能性があります。

ショットキー短絡を引き起こしているのは過電圧スパイクです（SMPSUでの数年の経験）。より広い帯域幅のスコープで波形を見ると、それらが表示されます。100 MHzでは十分ではありません。すべてを表示するには最低500 MHzを推奨します。推奨またはより高い電圧定格としてスナバを使用してください。

私はこれが非常に遅いことに気づきましたが、私のようにスレッドを見つける他の人を助けるかもしれません。