DC-DC电源:过设计导致后级器件损坏
0 2024-02-28

如果不计较成本,很多工程师都喜欢"过设计","过设计"其实也是一种隐患。

问题描述

公司之前做过一个网关,网关使用的电源是DC24V输入转DC5V输出,产品投放市场大概一年以后,就陆续有客户反馈产品失效,失效的表现就是电源指示灯也不亮,彻底歇菜。出现问题的概率大概有0.5%,且反馈问题的客户不定。部分客户还反馈有烧焦的味道。

原因分析

由于反应问题的客户群体不一致,说明问题与客户的使用常见关系不大,主要的问题还是在于我们的产品本身。

收到客户的坏机后,我们马上对产品进行拆解,很快就定位到了出现问题的器件位置,为稳压二极管D,所处的位置如下图1。



首先,我们温习一下稳压二极管的基础知识,稳压二极管,又名齐纳二极管,其工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见下图:


咨询我们的原厂技术部门,稳压二极管的失效模式一般有三种;

1:当脉冲能量大于稳压二极管所能承受能量时会引起稳压二极管器件过电应力损伤,特别是当瞬态能量远远超出稳压二极管所能承受的数倍时会直接导致稳压二极管过电应力烧毁。失效模式为短路。

2:当电路中通过的电流太大,可能会造成稳压二极管炸裂,失效模式为开路。这种情况通常为设计时考虑不周全,稳压二极管通流量过小造成的。

3:电性能退化 当稳压二极管经过成千上万次的标准脉冲冲击后失效,失效模式为短路。这种模式因长时间工作结温持续增大导致(器件内部结构变化、散热能力下降)过热烧毁。

复盘我们的原理设计,我们需要的是5V的电源,主要用来给RS485芯片供电,DC5V转3.3V的输入。后级对5V电压的精度需求不是很高,但是由于是DCDC的输出,5V电源的纹波还是有点高,实测大概有100~200mV之间。经过推测,稳压二极管的失效,应该属于上述模式一。

解决方案

由于后级对5V电压的精度需求不是很高,只有RS485芯片供电,以及DC5V转3.3V的输入,因此,我们经过评审,决定将该稳压二极管删除,经过整改后观测大约一年,再也没有发现DCDC电源芯片损坏的现象,也没有出现后级器件损坏的情形。

总结

稳压二极管,顾名思义,就是真正需要稳压的情况,才派上用场,否则,就是可能过设计,在系统故障率统计中,每增加一个器件,失效的概率就增加一份几率。特别是容易失效的器件,并且失效以后表现为短路的器件。


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评论
稳压管不用直接串电阻电流吗
zhusx123 03-03
DCDC输出当时为什么加稳压管,纹波不应该用电容吗
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