Vraag:
Schottky-diode defect
jwsc
2020-08-06 16:01:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

TLDR:

Wat zijn mogelijke storingsbronnen voor een schottky-diode? Oververhitting, overspanning, overstroom (leidend tot oververhitting) nog iets anders?

Long version

Ik ben momenteel ons nieuwe prototype-apparaat aan het meten. Het werkt prima, trekt niet meer stroom dan verwacht en blijft relatief koel (heetste punt op de print is 50 ° C bij de buck converter.)

Voor de bok heb ik een schottky-diode voor bescherming tegen sperspanning:

enter image description here

Ik heb het apparaat een paar minuten laten draaien, het stroomverbruik op de 3V3-rail was lager dan 500 mA, de stroom van 24 V moet lager zijn geweest dan 100 mA. Toen zag ik een kleine bliksem, zoals ESD, en het apparaat stopte met werken (geen stroomopname). Bij nader onderzoek vond ik een klein gaatje in het midden van het schottky-diodepakket, en de diode was open.

Ik zou ESD uitsluiten, aangezien het apparaat op het bureaublad lag en er niets aan raakte. Het apparaat werd aangedreven door een laboratoriumvoeding. Enig idee waarom de component faalde?

Doorslag in de sperspanning kan ook een mogelijke bron van problemen zijn.Om dat te laten gebeuren, moet je apparaat de spanning achter de diode verhogen, dus dat zou een beetje vreemd zijn.
@Arsenal zou het vreemd zijn?Omdat ik daar een grote inductor zie, en inductoren + veranderende stromen = spanningen.Inductoren + condensatoren + periodieke excitatie op het juiste frequentiebereik = resonantie ...
@MarcusMüller nou, ik denk dat dat kan gebeuren.Maar dan moet sonderen met een scoop dat probleem zichtbaar maken?
Ik heb niet in detail geanalyseerd, maar de common-mode-smoorspoel ziet eruit alsof deze geen filtering uitvoert op de 24 V-Gnd circulatiestromen die worden geproduceerd als onderdeel van normaal bedrijf.Het lijkt handig om te voorkomen dat EMC in het algemeen op de toevoerrails terechtkomt, maar als u verwacht dat het een LC-filteropstelling biedt, zou u beter een enkele L hebben en de GND continu houden.
De Schottky-diode is ondergeschikt zowel in stroom als in pieksperspanning.Een SMD 1N4007 zou het hebben overleefd.
Een FET is efficiënter voor omgekeerde bescherming.https://hackaday.com/wp-content/uploads/2011/12/p-fet-reverse-voltage-protection1-e1416351493179.png
Twee antwoorden:
Andy aka
2020-08-06 16:22:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Enig idee waarom de component faalde?

De maximale herhaalde voorwaartse piekstroom voor de BAT54J is gespecificeerd als 300 mA in het gegevensblad. Let op: -

enter image description here

Eenvoudige wiskunde over de converter

Om 3,3 volt te bereiken op de uitgang van de buck-omzetter is een inschakelduur van ongeveer 0,1375 vereist, ervan uitgaande dat de omzetter in CCM werkt. Met andere woorden: -

$$ \ text {Duty} = \ dfrac {3.3 \ text {volt}} {24 \ text {volt}} = 0.1375 $$

Als de belasting 500 mA was, zou de stroomuitval 1,65 watt zijn en dat vermogen moet in 13,75% van de tijd door de diode van de 24 volt-rail worden geleid.

Dus de gemiddelde stroom van de 24 volt-rail is 1,65 watt ÷ 24 volt = 69 mA, maar aangezien dit gemiddelde in slechts 13,75% van de tijd wordt geleverd, zou de piekstroom zijn: -

$$ \ dfrac {69 \ text {mA}} {0.1375} = 502 \ text {mA} $$

En dit overschrijdt de piek vermeld in het gegevensblad.

Gewoon ruwe berekeningen natuurlijk.

Voor een juiste schatting is meer informatie nodig, zoals: -

  • De inschakelduur van de buck-converter, want als deze in DCM werkt, kan de stroompiek die door de converter wordt gevraagd, meerdere keren hoger zijn dan geschat als de taak aanzienlijk lager is.
  • De ESR en ESL van de condensator van 10 uF (het zou een showstopper kunnen zijn). Goedkope condensatoren zullen in dit deel van het circuit niet rendabel zijn en kunnen de diodestroom enorm verhogen.
  • Meer informatie over bijvoorbeeld de CM-smoorspoel, welke zelfresonantiefrequentie deze heeft en hoe nauw de wikkelingen zijn gekoppeld. Dit kan ook een showstopper zijn.
Als het front-end filter zijn werk goed doet, dan moet de diodestroom redelijk vlak zijn, dicht bij dc met wat rimpel.Gezien de ongebruikelijk grote common-mode inductorwaarde van 4,7 mH, zou ik echter aanraden om de spanning op de diodekathode te bekijken terwijl de Schottky tijdelijk wordt vervangen door een 1N400x.Een oscillatie met een dodelijke spanning voor de diode is waarschijnlijk.Demping is dus noodzakelijk en de BAT54 (dit is geen vermogensdiode) wordt met voordeel vervangen door bijvoorbeeld een MBRA140.
@VerbalKint Ik begrijp uw punt volledig, maar er zijn praktische overwegingen zoals de betrouwbaarheid van de 10 uF-condensator bij hoge frequenties en de ESR of ESL.We weten niets over de keuze van die condensator.We weten ook niet hoe goed de CM-smoorspoel is met betrekking tot de koppeling of dat hij eigenlijk goed is in de schakelfrequentie van de buck-converter.Met een opwindende inductantie van 4,7 mH (ongebruikelijk groot zoals je zegt), kan het zijn zelfresonerende frequentie ver te boven gaan en niet effectief zijn.Het zou me niet verbazen als het eigenlijk een 4.7 uH CM-filter is.Misschien een simulatie waard ...
De buck-converter kan in de buurt van BCM werken en de piekstroom die hij trekt, kan oplopen tot 1 amp gedurende het deel van de duty-cycle.Ik kan een piekdiodestroom zien van meer dan 300 mA als de 10 uF een ESR van 1 ohm had en de CM-smoorspoel 4,7 uH was.Als de ESR 2 ohm was, zou de diodestroom een piek hebben van iets meer dan 450 mA.Ik denk dat het OP wat informatie zal moeten leveren.
Als de eenheid in DCM werkt, kan de piekstroom van de inductor natuurlijk hoger zijn dan 1 amp, omdat de inschakelduur iets minder dan 0,1375 kan zijn.Als het ongeveer de helft van deze inschakelduur loopt, kan de piekstroom van de inductor 2 ampère zijn en kan de diodestroom rond 800 mA piekeren
Spehro Pefhany
2020-08-06 17:58:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De BAT54 is niet erg conservatief beoordeeld voor die toepassing, zowel in stroom als in PIV (alleen 30V).Zonder zelfs maar mijn rekenmachine op te halen, was ik begonnen met de SMT-versie van een 1N5819.Ik zou me ook beter voelen met (C31) veel hoger.We weten niet wat de inductantie van de normale modus van die smoorspoel is, maar deze is niet nul.

Dat verklaart echter not echt de foutmodus (openen met vernietiging van het pakket), wat meer klinkt alsof er een kortsluiting is veroorzaakt.De kortsluiting van de diode had net de beveiliging tegen omgekeerde polariteit moeten hebben uitgeschakeld.Het kan zijn dat een van die 5 condensatoren kortgesloten is of een onderbroken kortsluiting heeft als gevolg van kraken.



ⓘ
Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 4.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...