Der Abwärtswandler stirbt unvorhersehbar beim Anschließen der Stromversorgung ab

Ich habe eine Platine für einen ESP32-basierten Solenoid-Controller hergestellt, der von einer 24-V-DC-Buchse gespeist wird. Ich verwende einen AP63205-Abwärtswandler , um diesen Eingang auf 5 V DC herunterzuregeln, und dann einen linearen 3-V-3-LDO, um den ESP32 mit Strom zu versorgen. Ich habe mehrere solcher identischen Leiterplatten zusammengebaut, und sie müssen alle mit 24 V Gleichstrom versorgt werden.

Die Nennspannung des Abwärtswandlers beträgt bis zu 32 VDC, und alle Komponenten rund um den Wandler sind für mindestens 32 V ausgelegt. Wenn ich 12V in die DC-Buchse stecke, funktioniert alles und die Power-LED, die ich an Bord habe, leuchtet auf.

Wenn ich jedoch 24 V anschließe, funktionieren die Platinen manchmal normal, aber manchmal brät sich der Abwärtswandler-IC selbst (nur bei diesem ersten Einstecken der DC-Buchse) und schließt 5 V mit GND kurz (bestätigt, dass IC beschädigt ist, indem er entfernt wird, und Kurzschluss von 5V zu GND auf PCB verschwindet). In diesem Fall erlischt die Power-LED.

Wenn ich die Platine mit einer Gleichstromversorgung ab 12 V versorge und die Spannung langsam auf 24 V hochdrehe, funktioniert die Platine immer wie erwartet, ohne zu braten. Ich vermute, dass das Problem mit dem Einstecken der 24-V-DC-Buchse zusammenhängt, bin mir aber nicht sicher, was die inkonsistenten Todesfälle verursachen könnte.

Selbst wenn der Buck-IC stirbt, funktioniert der 3V3-LDO immer noch und USB versorgt das Board ordnungsgemäß mit Strom.

Mein Abwärtswandler-Schema ist unten:

Schematische Darstellung des Abwärtswandlers

EDIT: Die Komponenten, die ich von DigiKey verwendet habe:

Das 24-V-DC-Netzteil, das ich verwende, ist das folgende:24-VDC-Stromversorgung

Ist es möglich, dass der Induktor beim ersten Einstecken der Stromversorgung nicht richtig mit Strom versorgt wird, was eine große Gegen-EMK verursacht, die den IC brät? Gibt es einen Schutz dagegen?

Beim Einstecken der 24-V-DC-Buchse in andere Geräte ist mir aufgefallen, dass manchmal ein kleiner Funke entsteht. Ich bin mir nicht sicher, ob das ein Problem mit der 24-V-Buchse ist oder ob das üblich ist, aber das ist sehr wahrscheinlich der Schuldige. Dagegen möchte ich mich noch schützen.

Verwenden Sie am Eingang eine TVS-Diode, die 24 V standhalten kann, aber vor der maximalen Eingangsspannung von 32 V klemmt. Verwenden Sie eine Sicherung vor dem TVS, damit im Fehlerfall die Sicherung vor dem TVS durchbrennt.
Können Sie bitte bearbeiten, um die tatsächlichen Teilenummern von: Eingangskondensator (C7), Ausgangskondensatoren (C8, C9) und Induktivität (L1) aufzunehmen. Siehe Datenblatt AP36205, Seite 13. Der Eingangskondensator muss die Einschaltstromstärke (Effektivstrom) erfüllen; Der Ausgangskondensator muss einen niedrigen ESR haben; Der Induktor muss über einen ausreichenden LI^2-Energiespeicher (Sättigungsstrom) verfügen. Jeder dieser Kondensatoren/Induktoren hat sein eigenes Datenblatt. Ich nehme an, Sie haben sich auch an das vorgeschlagene PCB-Layout auf Seite 15 gehalten?
ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf Einschaltstrombegrenzungsideen über einen Lastschalter oder eine diskrete Lösung
MarkU Ich habe die Komponentenlinks hinzugefügt. Ich habe nur Komponenten verwendet, die ich aus einer alten Stückliste herumgelegt hatte, also habe ich den Eingangskondensator durch einen 4,7uF ersetzt. Ich hätte nicht gedacht, dass das einen Unterschied machen würde, aber vielleicht würde die Verwendung der tatsächlichen Nennleistung von 10 uF diesen Einschaltstrom reduzieren?
Mir ist bei meinem Projekt genau das gleiche passiert! Ich habe einen ESP-32-basierten 24-V-RGB-LED-Controller hergestellt. Das Netzteildesign, mit dem ich den ESP32 mit Strom versorgte, war im Grunde das gleiche wie Ihr Design. Der einzige Unterschied war der Typ des verwendeten Konverter-ICs (EUP3458, micro-bridge.com/data/Eutech/EUP3458.pdf ), der für 30 V ausgelegt ist, und die Tatsache, dass buchstäblich ALLES mit Ausnahme der MOSFETs (zum Ansteuern der LEDs) gebraten wurde. . Ich entwerfe derzeit die Platine neu, um einen IC mit höherer Nennspannung (LM22675MRX-5.0) zusammen mit einer Polyfuse und einer TVS-Diode zu verwenden. Ich hoffe das löst die Probleme...

Antworten (3)

Dies liegt am Einschaltstrom. Um ein gutes Gefühl dafür zu bekommen, womit man es eigentlich zu tun hat, ist eine Simulation immer eine gute Hilfe! (LTspice ist einen Blick wert)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie in der Simulation sehen können, nimmt der Kondensator (ungefähr ...) 20 A Spitze bei 24 V auf. Um eine hohe Stromänderungsrate zu begrenzen, kann eine Induktivität verwendet werden. Dies führt jedoch zu Spannungsschwingungen am Eingang. Dies ist nicht vollständig vermeidbar, aber Sie sollten versuchen, sie so weit wie möglich zu dämpfen.

Die Simulation, die ich gemacht habe, ist KEINE vollständige Lösung. Sie sollten damit spielen, um zu sehen, was funktioniert. Eine TVS-Diode könnte Ihnen helfen, aber ein geeigneter Eingangsfilter sollte in der Lage sein, das Problem zu lösen.

(Auch auf Seite 10 des Datenblatts wird eine Sanftanlaufschaltung mit dem EN(able)-Pin erwähnt, die die Dinge weiter erleichtern wird.)

(Ich bin mit dem Einschaltstrom nicht sehr vertraut, ich lese darüber nach.) Würde der Einschaltstrom nicht den Eingangskondensator und nicht den Buck-IC beschädigen? Die Eingangskondensatoren habe ich getestet und sie sind voll funktionsfähig, nur der IC ist frittiert.
Ja, ich stimme zu. Regler-ICs sind jedoch komplexe Dinge, und dies kann auf Steuerschwingungen im Schaltmodus zurückzuführen sein. Ihre Eingangsversorgung ist auf ~ 1,5 A begrenzt (wahrscheinlich höher in der Spitze), aber dadurch wird auch die Versorgung unterbrochen. 2 Steueralgorithmen, die sich gegenseitig bekämpfen, sollten Sie vermeiden. Stromflanken (di/dt) dämpfen und alles könnte sich "reparieren".

Ich würde vermuten, dass ein Spannungsanstieg beim Einschalten die wahrscheinlichste, aber nicht sichere Ursache ist.
Ein kleiner Reiheneingangswiderstand, gefolgt von einem beispielsweise 27-V-Zener, würde Anlaufspitzen abschneiden. Das Hinzufügen eines Kondensators über dem Zener würde die Zener-Verlustleistung verringern.
Bemessen Sie den Vorwiderstand so, dass er so wenig wie möglich und so viel wie nötig unter maximalem Laststrom abfällt, vielleicht ein Volt oder 2 Tropfen.

Was wäre, wenn Ihre 24-VDC-Stromkabel eine erhebliche Induktivität hätten, die beim Einschalten eine Spannungsspitze von fast 48 V verursacht, wenn C7 anfänglich null Volt hat? Aus diesem Grund war es in der alten Schule üblich, 60-Volt-Teile für eine gute Zuverlässigkeit zu verwenden. Nachdem Sie sich nun für den 32-Volt-Chip entschieden haben, müssen Sie die Spitzenspannungen an C7 mit allen Mitteln beheben.

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