Warum fällt der SMPS-Controller-IC aus?

Ich bin zurück zur Diagnose von Stromversorgungsfehlern in einem auf dem L6598 basierenden LLC-Resonanz-SMPS aus einer 400-V-PFC-Versorgung mit angeblich 400-W-Leistung. Ich bin neu bei SMPS und lerne das alles, während ich gehe. Die Hersteller wissen auch nicht, was sie tun. Sie haben das Design einfach kopiert und für mehr Leistung modifiziert. Die Schaltung ähnelt im Wesentlichen Abbildung 3 in AN-9425 , aber die OPOUT-Überstromerkennung löst EN1 (zwischengespeichert) anstelle von EN2 (Softstart-Reset) aus.

Die Fehler treten während einer Überlastung auf, wenn die Versorgung hörbare Schreigeräusche macht und die Ausgangsspannung abgefallen ist (weil sie unter die Resonanzfrequenz schaltet, oder?). Manchmal kann sie einer längeren Überlastung standhalten (ohne EN1 auszulösen), manchmal nicht . Plötzliche vorübergehende Überlastungen töten es normalerweise. Ich bin mir nicht sicher, ob es sich um eine fortschreitende Schadenssache handelt, die letztendlich zum Versagen oder zu einer zufälligen Spitze führt, die ein Limit überschreitet. Theoretisch sollte es Überlastungen bewältigen, indem es vorübergehend abschaltet oder sich auf andere Weise selbst schützt, nicht durch Explosion.

Theoretisch könnte ich den Überstromschutz so ändern, dass er erkennt, wenn er überlastet ist, und den Softstart-EN2-Schutzmodus auslöst, indem ich die Frequenz nach oben verschiebe, um die Ausgangsspannung zu senken, anstatt unter den Resonanzpunkt zu fallen. Ich habe versucht, die Schaltung so zu ändern, dass sie mit den App-Notizen übereinstimmt, sodass OPOUT EN2 antreibt, aber das hat sie nur noch schneller in die Luft gesprengt, als ich sie überlastet habe.

Der L6598-Controller-IC fällt immer aus, die STW20NM60- MOSFETs fallen manchmal aus (High-Side-Kurzschluss über alle Pins, Low-Side-Kurzschluss von D nach S), also denke ich, dass der IC zuerst ausfällt und die MOSFETs mitnimmt ? Die MOSFETs haben keinen eingebauten Gate-Schutz, daher habe ich Zeners extern hinzugefügt und sie sind seitdem (noch) nicht ausgefallen. Neue ICs messen den offenen Stromkreis von einem Pin zu einem anderen, aber nachdem ich einen ausgefallenen IC aus dem Stromkreis entfernt habe, haben einige der hohen Pins kΩ zwischen sich (12 V-Versorgung, 14 Vout, 15 High-Side-Treiber, 16 Bootstrap-Kappe).

Heute habe ich den EN2-Pin manuell ausgelöst, der bei niedrigen Lasten einwandfrei funktionierte und auf eine hohe Schaltfrequenz und einen Abfall der Ausgangsspannung umgestellt wurde. Bei ungefähr 200 W funktionierte es einwandfrei, als ich EN2 aktivierte, aber wenn ich EN2 losließ, wurde es heruntergefahren (Überstromschutz, der EN1 auslöst, ist der einzige Weg, den ich kenne) und dann schlug ein anderes Mal fehl. Nachdem dies fehlgeschlagen war, schaltete der Low-Side-Treiber immer noch mit fmin (keine Ausgangsspannung zum Ansteuern der Rückkopplungsschleife), aber der High-Side-Treiber hatte nur Spitzen und seltsame Formen, keine Rechteckwelle. Die MOSFETs messen normal mit einem Ohmmeter und explodieren nicht. Eine Art Spitze tötet also den oberen Seitenteil des IC und ich muss das verhindern.

Ich sehe sicher keine Pins, die höher als die absolute maximale Nennleistung von 618 V sind. Ich kann sehen , winzige Spitzen hinunter bis -3 V vor der ansteigenden Flanke auf Vout und VHVG, die für -1 V. Ich weiß nicht bewertet werden , ob das wirklich zählt. Ich bin mir nicht sicher, welche Bewertungen für Vout oder VHVG vorliegen oder wie ich diese überhaupt messen würde (Differenzialsonde?) Oder unter welchen Bedingungen sie die angegebenen Grenzwerte überschreiten würden. Sie scheinen sich gegenseitig zu verfolgen, wie es zu erwarten wäre, wenn der High-Side-Fahrer relativ zu Vout schwebt .

Was vermisse ich?

Aktualisieren:

Während der Überlastung gibt es große Schwingungsstöße (?) ± 25 V am Gate-Treiber, 100 ns nach den ansteigenden oder abfallenden Flanken, die mit dem hörbaren Rauschen zusammenfallen. Diese könnten leicht die Tore durchbrechen und die FETs zerstören, daher sind sie der Hauptverdächtige. Sie hatten ursprünglich Ferritperlen an allen FET-Stiften, was dies weder verhinderte noch entfernte. Ich habe den Toren zwar Zener-Schutz hinzugefügt, der verhindern soll, dass sie zerstörerisch sind, aber ich möchte, dass die Bursts zuerst selbst beseitigt werden.

Ich habe den Verdacht, dass Ihr Problem möglicherweise mit der Bootstrap-Schaltung zu tun hat, wie in Abschnitt 5.3 des Datenblattes beschrieben. Einige Beweise führen zu dieser Schlussfolgerung:

• Sie verwenden wahrscheinlich größere MOSFETs als im ursprünglichen Design (weil Ihre Gesamtleistung größer ist), daher haben Sie es mit einer höheren Gate-Ladung zu tun, was zu einem höheren Strom führt, der von der integrierten Bootstrap-Schaltung geliefert werden muss. Es kann sein, dass die Bootstrap-Schaltung mehr Leistung verbraucht als vorgesehen und ausfällt, was manchmal zu einem schlechten Ausgangstreiber für den High-Side-MOSFET führt und manchmal den MOSFET mitnimmt. Das Hinzufügen einer externen, schnellen und Hochspannungs-Bootstrap-Diode kann hilfreich sein. Beachten Sie, dass die Berechnung in Gl. 9 der Sekte. 5.3 verwendet den typischen Einschaltwiderstand der integrierten Bootstrap-Schaltung. Es ist eine bessere Idee, die max. Wert aus Tabelle 4, der doppelt so hoch ist.

• Sobald die Schaltung überlastet ist, sagen Sie, dass die Frequenz abfällt. Während dieser längeren Einschaltzeiten kann die Spannung am externen Bootstrap-Kondensator zu niedrig werden, um den High-Side-MOSFET gesättigt zu halten, was zu einem höheren Einschaltwiderstand, übermäßigen Verlusten und thermischer Überlastung führt. In diesem Fall fällt jedoch zuerst der High-Side-MOSFET aus. Überprüfen Sie die Spannung am Bootstrap-Kondensator. Ein größerer Kondensator könnte helfen, aber dies wird wahrscheinlich den integrierten Bootstrap-Treiber oder die externe Diode stärker belasten, die ohnehin notwendig sein könnten.

Eine andere Möglichkeit könnte sein, dass Sie die maximalen Anstiegsraten für den High-Side-Fahrer überschreiten. Dies könnte dazu führen, dass es seltsame Dinge tut.

In Bezug auf die negativen Spitzen kann eine externe Schutzklemmdiode am Ausgang jedes Treibers hilfreich sein (K = Vout, HS; A = GND, LS und K = Vout, HS; A = GND, HS). Etwas so Einfaches wie ein 1N4148 könnte ausreichen.

Ich denke, dass der Burst die Spule ist, die bei einer Eigenresonanzfrequenz von 55 MHz klingelt. Die Problemumgehung besteht darin , 2x 470pF-Kappen parallel zu Leistungstransistoren zu platzieren , um die Spulenenergie des Resonators während Klingelschwingungen in geringere Spitzenspannungen umzuwandeln. (Diese Lösung sehe ich in ähnlichen Datenblättern desselben Herstellers).

Ein unabhängiger Test besteht darin, die Energie der Spule für einen gegebenen Strom und eine gegebene Induktivität zu berechnen und bei parasitärer Kapazität (unter Beibehaltung der gleichen Energie) in eine Spannung umzuwandeln und festzustellen, ob sie die maximale Spannung des IC überschreitet.

V = SQRT (E * 2 / C), wobei E = L * I * I / 2, wenn V> max, dann fehlschlagen

Warum der Burst um 366 ns verzögert wird, ist ein Rätsel. Das zu ladende Kabel sollte etwa 50 Meter lang sein, um den Übergang zu reflektieren und ihn so spät zu machen.

Diese Art von Fehlermodi macht immer Spaß beim Debuggen. Hier sind einige Gedanken:

Es ist sehr unwahrscheinlich, dass der IC zuerst stirbt - es ist viel wahrscheinlicher, dass der MOSFET schlecht gesteuert wird, ausfällt und die HV durch das Gerät in den Steuer-IC gelangt und getötet wird. (Entweder das oder der Konverter wechselt in den ZCS-Modus und der MOSFET ist stark belastet - so oder so, toter MOSFET = toter Controller; das Gegenteil trifft oft nicht zu)

Ein gut konzipiertes Netzteil sollte niemals schreien, wenn es überlastet ist. Schreien impliziert normalerweise einen extrem hohen, sich schnell ändernden Strom, der durch eine magnetische Komponente fließt, was tendenziell die Theorie stützt, dass die ordnungsgemäße Steuerung verloren geht und der Konverter vor der Selbstverbrennung bezerk wird.

Der rote Faden in dem, was Sie beschrieben haben, ist, dass an einem bestimmten Punkt, wenn es überlastet ist, das Netzteil explodiert. Ich würde dringend in Betracht ziehen, die Spitzenstrombegrenzung niedriger einzustellen, damit das Netzteil niemals "schreit" (Spannungsteiler auf OPIN +) und zu prüfen, ob dies hilft.

Wenn nicht, gibt es ein grundlegendes Problem mit dem implementierten Schutzmodus (nichts mit der Überlastung selbst zu tun).

Sie konnten es sowohl bei starker Überlast (> 400 W) als auch bei geringerer Last durch Spielen mit der Freigabeschaltung blasen. Dies schließt aus, dass die PFC-Phase als Ursache ausfällt, was hilft. Dies schließt auch eine Transformatorsättigung aus. Es scheint, dass das Angebot einfach nicht gerne gehemmt oder auf andere Weise eingeschränkt wird. Vielleicht ist der Frequenzbereich zu breit?

Das Messen winziger Spitzen auf der hohen Seite ist ohne ein gutes Zielfernrohr und eine Differenzsonde mit hoher Bandbreite notorisch schwierig.

Die Treiberschaltung im IC kann nur 250 mA (sowohl High-Side als auch Low-Side) liefern. Für mich ist das eine schrecklich geringe Strommenge für Hochspannungs-MOSFET-Ansteuerungen (Hochspannungs-MOSFETs haben tendenziell hohe Anforderungen an die Gate-Ladung) - ich vermute, dass das Einschalten langsam sein wird. Welche MOSFETs verwenden sie?

Die Theorie, dass Vout zu Vin schwebt, ist unwahrscheinlich, es sei denn, alles auf der Vout-Schiene explodiert auch, wenn die Primärseite geht.