LT8645 / LT8646 brennt durch.

[Hoarst (Gast)]

Moin,
hier in einem eigenen Thread, aus:
Beitrag "Handling mit DC/DC buck/boost oder step down - was mache ich falsch?"

Ich habe jetzt ziemlich lange versucht den LT8645/LT8646 ordentlich ans
laufen zu bekommen.
Die Schaltung in der PDF ist quasi das Eval-Board mit ein paar
optionalen Addons.(L2, U2) (L2 ist nur ein Platzhalter.)

Eingangsspannung 55V, Ausgang 20V/5A. (Eval waren 12V)

Nach vier LT8646 hatte ich es soweit, das er stabil mit 95% Eff. lief.
(Temp 75°C) Mit sehr langem Softstart und fsw=1MHz. Wenn ich Enable low 
gezogen habe, war er sofort mit einem Knackgeräusch hin.

Eingang wie Ausgang keine Überspannung.

Zuerst für L1 mit XEL6030-102(1µH), dann mit PA4343.472ANLT(4.7µH). Mit 
den 4.7µH lief der LT8646 kühler.

LT8645 auf dem selben Board, wo zuvor der LT8646 drauf war.
Ausgangsspannung 4.6V, bei eingestellten 20V. Keinerlei Regelung. Und 
das gleiche Spiel mit dem Enable.

Nach Fünf abgerauchten LT8646 und zwei abgerauchten LT8645 bin ich zu
dem entschluss gekommen, dass die LT8645/LT8646 totale grüze sind.
Keine Ahnung wie Analog Devices sowas abliefern kann.


Vielleicht bin ich auch zu beschränkt für den LT8646, keine Ahnung.
Wenn jemand den Fehler sieht, gerne melden. Drei LT8645 sind noch über.

[Carsten W. (eagle38106)]

65V ist als absolute "Höchstspannung" angegeben. Gleichzeitig auch als 
max. Eingangsspannung in den Beispielen. Das passt nicht. Es gibt keine 
Angabe zu einer max. Betriebsspannung, die unter diesen 65V liegt.

Da ist was im Datenblatt ganz faul. Deswegen würde ich Deine 55V auch 
als viel zu hoch ansehen.

Beim Einschalten der Versorgung über lange Kabel hast Du mit Sicherheit 
einen kräftigen Überschwinger, der die 65V locker reisst.

Im Datenblatt auf Seite 20 unten rechts wird die Induktivität berechnet:

L = (Vout + Vsw(bot)) / fsw * 0.4

mit fsw in MHz und L in µH. Da bekomme ich für

L = (20V + 0.2V) / 1 * 0.4 = ~8µH raus. Ungefähr das doppelte dessen, 
was Du verwendet hast.

[Carsten W. (eagle38106)]

Bezüglich einer Pufferung der Eingangsspannung solltest Du Dir die 
App-Note an88f zu Gemüte führen.

Die paar µF am Eingang mögen zwar für den eingeschwungenen Zustand der 
Schaltung gerade so ausreichen. Einen Eingangsfilter mit mehr 
Kapazitäten wirst Du noch brauchen.

[Carsten W. (eagle38106)]

Uups, ich sehe gerade, dass bei Dir fsw nur 0,44 MHz ist. Daraus folgt 
dann

L = (20V + 0.2V) / 0,44 * 0.4 = 18,4µH.

Ungefähr das vierfache dessen, was Du verwendet hast.

[Achim S. (Gast)]

Der Vollständigkeit nochmal, was ich schon im Vorgänger-Thread 
geschrieben habe: deine Eingangskapazität liegt weit unter der des 
Eval-Boards. Von dienen nominell knapp 10µV sind bei 55V vielleicht noch 
2µF übrig, beim Eval-Board des Herstellers sind es auch bei der Spannung 
noch >20µF.

Jetzt zu den neuen Infos und dem Layout: Cin1 ist aufgrund der 
Entfernung zum IC und der damit verbundenen Leiterschleife kaum wirksam 
- das halbiert die wirksame Eingangskapazität nochmal.

Auf dem Eval-Board gibt es kein 10Gang-Potentiometer im Feedback-Pfad 
(dessen parasitäre Eigenschaften die Regelung stören können). Und es 
gibt keinen "Trim-Pfad" zum Feedback, der im worst case ebenfalls die 
Regelung durcheinanderbringen kann.

Die Feedback-Schleife ist bei deiner Schaltung aus meiner Sicht viel zu 
groß und zu weit weg vom IC.

Da dir die Chips aber immer beim deaktivieren (per EN-Eingang) 
abgeraucht sind, wäre mein Haupkandidat die mangelhafte 
Eingangskapzität.

Hoarst schrieb:
> Eingang wie Ausgang keine Überspannung.

Das weißt du sicher? Auch keine Spannungsspitze am Eingang, die mal über 
65V hoch geht? Triggere dein Oszi mal auf eine Überspannung am Eingang, 
provoziere den nächsten Ausfall und schau, ob das IC wirklich sicher 
immer nur 55V sieht.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hoarst schrieb:
> Eingang wie Ausgang keine Überspannung.

Sieh dir mal den Switchnode an. Da könnte es trotzdem mächtig 
klingeln...

[Dieter (Gast)]

Hoarst schrieb:
> Eingangsspannung 55V, Ausgang 20V/5A.

Da der Baustein maximal 65V aushaelt und Spikes mit 20% Uberspannung 
nichts wirklich ungewoehnliches sind, waeren hier Surpressordioden 
angebracht, die ab 65V scharf begrenzen.

Die Induktivitaet ist auch zu niedrig. Softstart muss hier auch sein.

[Hoarst (Gast)]

Carsten W. schrieb:
> 65V ist als absolute "Höchstspannung" angegeben. Gleichzeitig auch
> als
> max. Eingangsspannung in den Beispielen. Das passt nicht. Es gibt keine
> Angabe zu einer max. Betriebsspannung, die unter diesen 65V liegt.
>
> Da ist was im Datenblatt ganz faul. Deswegen würde ich Deine 55V auch
> als viel zu hoch ansehen.

Finde ich auch Merkwürdig

> Beim Einschalten der Versorgung über lange Kabel hast Du mit Sicherheit
> einen kräftigen Überschwinger, der die 65V locker reisst.

Zuleitung ist 30cm lang und mein Netzgerät fährt beim einschalten die 
Spannung kontrolliert hoch. Kein hartes schalteen.

Netzgerät:
Aim-TTi MX180
Last:
Aim-TTi LD400

> Im Datenblatt auf Seite 20 unten rechts wird die Induktivität berechnet:
>
> L = (Vout + Vsw(bot)) / fsw * 0.4
>
> mit fsw in MHz und L in µH. Da bekomme ich für
>
> L = (20V + 0.2V) / 1 * 0.4 = ~8µH raus. Ungefähr das doppelte dessen,
> was Du verwendet hast.

fsw war auch 1MHz. Aber du hast recht ich habe mich mit dem L 
verrechnet.

Die AN88f kenne ich, danke.
Am Eingang hatte ich auch noch 270µF/100V direkt auf den MLCC gelötet. 
Hatte ich damals vergessen einzuzeichnen.

Generell ist das Ganze vor knapp einem Jahr gewesen. Der oben genante 
Thread hatte mich dazu bewegt etwas darüber zu schreiben.

Achim S. schrieb:
> Der Vollständigkeit nochmal, was ich schon im Vorgänger-Thread
> geschrieben habe: deine Eingangskapazität liegt weit unter der des
> Eval-Boards. Von dienen nominell knapp 10µV sind bei 55V vielleicht noch
> 2µF übrig, beim Eval-Board des Herstellers sind es auch bei der Spannung
> noch >20µF.

Hatte vergessen den Elko zu ergänzen. War schon etwas her.

> Jetzt zu den neuen Infos und dem Layout: Cin1 ist aufgrund der
> Entfernung zum IC und der damit verbundenen Leiterschleife kaum wirksam
> - das halbiert die wirksame Eingangskapazität nochmal.

Okay, trotz der Leiterbahnbreite? Hätte ich nicht gedacht.

> Auf dem Eval-Board gibt es kein 10Gang-Potentiometer im Feedback-Pfad
> (dessen parasitäre Eigenschaften die Regelung stören können). Und es
> gibt keinen "Trim-Pfad" zum Feedback, der im worst case ebenfalls die
> Regelung durcheinanderbringen kann.

Okay, mit dem Trim hatte ich bis jetzt bei Schaltwandler noch keine 
Probleme. (Ist nicht mein erster Wandler, der ein Trim bekommen hat.)

> Die Feedback-Schleife ist bei deiner Schaltung aus meiner Sicht viel zu
> groß und zu weit weg vom IC.

Okay, das hätte ich nicht gedacht. Wegen der Laufzeit?!

> Da dir die Chips aber immer beim deaktivieren (per EN-Eingang)
> abgeraucht sind, wäre mein Haupkandidat die mangelhafte
> Eingangskapzität.
>
> Hoarst schrieb:
>> Eingang wie Ausgang keine Überspannung.
>
> Das weißt du sicher? Auch keine Spannungsspitze am Eingang, die mal über
> 65V hoch geht? Triggere dein Oszi mal auf eine Überspannung am Eingang,
> provoziere den nächsten Ausfall und schau, ob das IC wirklich sicher
> immer nur 55V sieht.

Wie gesagt, ist schon etwas her. Habe das ganze wieder aus dem Schrank 
geholt und aufgebaut.

Hatte schon eine TVS und ein Elko am Eingang nachträglich über ein MLCC 
gelötet.

Habe das ganze mit einem heilen LT8646 aufgebaut.(Hatte doch noch ein 
:D)
Und jetzt kommt Murphy... Eingeschaltet, läuft. Enable an/aus, 60Vin, 
den IC bis 125°C heiß werden lassen. Kein Ausfall.

Bei 55Vin habe ich den Elko und die TVS abgeklemmt. Läuft immer noch.

Rot = Vin, Blau = Vout, Gelb = Vsw

Inzwischen habe ich die Vermutung das ich aufgrund des zu geringen L, zu 
hohe Schaltströme im LT8646 (genauer im M2) bekomme und der diese nicht 
rechtzeitig begrenzt.

[Dieter (Gast)]

Hoarst schrieb:
> Finde ich auch Merkwürdig ...

Die 65V stehen drin fuer Automotivanwendungen bei denen Spikes bis 60V, 
ein Hersteller hatte sogar 63V stehen, des 12 und 24V Bordnetzes 
aushalten, bzw. bei der Bauteilsuche in der Datenbank dieser Baustein 
nach Eingabe der Kriterien (durch die vielen dummen Einkaeufer und 
Ingenieure in den Firmen heutzutage) in den Suchergebnissen noch 
enthalten ist.

Daher ist da gar nichts merkwuerdig, sondern nur Folge einer Anpassung 
an die Umstaende.

[Achim S. (Gast)]

Hoarst schrieb:
> Inzwischen habe ich die Vermutung das ich aufgrund des zu geringen L, zu
> hohe Schaltströme im LT8646 (genauer im M2) bekomme und der diese nicht
> rechtzeitig begrenzt.

Das wäre eine mögliche Ausfallursache, eine unterdimensionierte Spule 
geht natürlich nicht. Dann würde ich erwarten, dass dir der Baustein vor 
allem dann abraucht, wenn er eingeschaltet wird (der Last-Elko also noch 
leer ist) Dann ist die Spannung an der Spule immerhin volle 55V - nicht 
"nur" 35V wie im eingeschwungenen Zustand). Du hattest aber folgendes 
beschrieben:

Hoarst schrieb:
> Wenn ich Enable low
> gezogen habe, war er sofort mit einem Knackgeräusch hin.

D.h. die Schaltung hat die Lastspannung bereits hochgeregelt, der 
Baustein geht in den Shutdown und wird dabei zerstört. Das passt für 
mich nicht wirklich mit deiner aktuellen Theorie zusammen. Was natürlich 
nicht bedeutet, dass die unterdimensionierte Spule ok wäre.

Hoarst schrieb:
> Hatte vergessen den Elko zu ergänzen. War schon etwas her.

Ein nicht ganz unwichtiges Detail, ebenso wie die TVS.

Leider erklärst du nicht all zu viel zu deinen Oszimessungen. Aber was 
ich zumindest glaube hineininterpretieren zu können:
- mit Elko erreichst du stabile Spannungen
- ohne Elko wackelt die Eingangsspannung um ca. 8V hin und her (mit 15µs 
Periode), was bereits auf die Stabilität der Ausgangsspannung 
durchschlägt.
- in beiden Fällen kannst du regelmäßig am Schaltknoten Spannungsspitzen 
triggern, die über 65V gehen.

Auf Spannungen >65V am Eingang hast du nicht getriggert (oder hast du es 
versucht und es traten keine Spitzen auf?) Das war, was ich oben 
vorgeschlagen hatte. Ich fände interessant was passiert, wenn du ohne 
Elko grade dann Baustein in den Shutdown schickst, wenn aufgrund der 
15µs-Schwingung die Eingangsspannung ohnehin schon bei >=60V liegt.

Hoarst schrieb:
> Okay, das hätte ich nicht gedacht. Wegen der Laufzeit?!

Vor allem, weil der FB-Input empfindlich auf Einkopplungen ist, und 
kleine Schwankungen am FB gleich zu großen Reaktionen führen können. Das 
gilt um so mehr, als hier der Feedback-Kreis ganz schön hochohmig 
ausgelegt ist. Wäre R4 nicht 1MOhm sondern 100kOhm (und die anderen 
Widerstände im FB-Kreis wären angepasst), dann würde ich mir einen 
Faktor 10 weniger Gedanken machen.

Im Anhang FB_Kreis.png habe ich mal gelb markiert, welche Bauteile 
HF-mäßig am FB-Kreis beteiligt sind und wie die räumlich auf der Platine 
angeordnet sind. Links dein Layout, rechts das Layout, das von AD 
vorgeschlagen wird.

Beim 10-Gang Poti würde ich mir daneben noch Gedanken machen, inwieweit 
sich das bei der Schaltfrequenz noch ohmsch verhält bzw. wie stark schon 
seine parsitären Eigenschaften durchschlagen.

Hoarst schrieb:
> Okay, mit dem Trim hatte ich bis jetzt bei Schaltwandler noch keine
> Probleme. (Ist nicht mein erster Wandler, der ein Trim bekommen hat.)

Aber es ist der Wandler, der dir regelmäßig abgeraucht ist. Und weil du 
zu Beginn noch geschrieben hattest:
Hoarst schrieb:
> Die Schaltung in der PDF ist quasi das Eval-Board mit ein paar
> optionalen Addons.
dachte ich mir, ich weise mal darauf hin, welche Addons einen 
Unterschied machen können.

Hoarst schrieb:
> Okay, trotz der Leiterbahnbreite? Hätte ich nicht gedacht.

Für die Wirksamkeit des Pufferkondensators ist primär wichtig, wie groß 
die parasitäre Kapazität der relevanten Stromschleife ist. Beim 
Eingangskondensator des Bucks ist die relevante Stromschleife die 
Kommutierungsschleife, die ich in kommutierung_sch.png skizziert habe.

Natürlich zählt nicht die Schleifenfläche im Schaltplan sondern die im 
Layout. In kommutierung_brd.png habe ich nebeneinander dargestellt, wie 
die Kommutierungsschleife für deine beiden Eingangskondensatoren 
ausfällt. Die Schleifenfläche über Cin1 ist zu groß, da nutzt auch die 
breite Leiterbahn nichts.

Außerdem muss der Kommutierungsstrom, der über C1 fließen soll, sich 
durch das eine, einsame GND-via quetschen, das neben C1 liegt. Du hast 
zwar die GND-Fläche mit vias vollgepflastert, aber für C1 sind die zu 
weit weg und deshalb mit einer großen parasitären Schleifeninduktivität 
verbunden.

[Achim S. (Gast)]

Ups: ein dummer Verschreiber:

Achim S. schrieb:
> Für die Wirksamkeit des Pufferkondensators ist primär wichtig, wie groß
> die parasitäre Kapazität der relevanten Stromschleife ist.

Es geht natürlich um die parasitäre Induktivität der Leiterschleife, 
die sich gegen die Stromänderung bei der Umkommutierung sperrt (und 
dabei Spannungsspitzen induziert)

[Hoarst (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Das wäre eine mögliche Ausfallursache, eine unterdimensionierte Spule
> geht natürlich nicht. Dann würde ich erwarten, dass dir der Baustein vor
> allem dann abraucht, wenn er eingeschaltet wird (der Last-Elko also noch
> leer ist) Dann ist die Spannung an der Spule immerhin volle 55V - nicht
> "nur" 35V wie im eingeschwungenen Zustand). Du hattest aber folgendes
> beschrieben:

Beim einschalten hatte ich es, wenn ich noch ordentlich C am Ausgang 
angeschlossen hatte. 1000µF macht der noch gerade so mit. Bei 1470µF war 
schluss.

> Leider erklärst du nicht all zu viel zu deinen Oszimessungen. Aber was
> ich zumindest glaube hineininterpretieren zu können:
> - mit Elko erreichst du stabile Spannungen

Richtig

> - ohne Elko wackelt die Eingangsspannung um ca. 8V hin und her (mit 15µs
> Periode), was bereits auf die Stabilität der Ausgangsspannung
> durchschlägt.

Genau, bei noELKO ist der Elko nicht dran.

> - in beiden Fällen kannst du regelmäßig am Schaltknoten Spannungsspitzen
> triggern, die über 65V gehen.
>
> Auf Spannungen >65V am Eingang hast du nicht getriggert (oder hast du es
> versucht und es traten keine Spitzen auf?) Das war, was ich oben
> vorgeschlagen hatte. Ich fände interessant was passiert, wenn du ohne
> Elko grade dann Baustein in den Shutdown schickst, wenn aufgrund der
> 15µs-Schwingung die Eingangsspannung ohnehin schon bei >=60V liegt.

Ich hatte keinerlei Spitzen.

> Vor allem, weil der FB-Input empfindlich auf Einkopplungen ist, und
> kleine Schwankungen am FB gleich zu großen Reaktionen führen können. Das
> gilt um so mehr, als hier der Feedback-Kreis ganz schön hochohmig
> ausgelegt ist. Wäre R4 nicht 1MOhm sondern 100kOhm (und die anderen
> Widerstände im FB-Kreis wären angepasst), dann würde ich mir einen
> Faktor 10 weniger Gedanken machen.
>
> ....

Danke. Wieder was dazu gelernt.
Bis jetzt eher mit älteren Wandlern gearbeitet. LT1074HV, LT3800, L296P, 
...

Ich mache später mal eine zweite Platiene mit dem LT8645 fertig und 
teste weiter. Setze fsw auf 2MHz hoch, da ich gerade keine 8µH 
griffbereit habe.

[Hoarst (Gast)]

So habe jetzt meine restlichen LT8646 und LT8645 verheizt.

Hatte den funktionierenden LT8646 auf fsw=2MHz geändert und er ist dann 
beim einschalten gestorben. Siehe Bild. Blau=Vout, Gelb=Vsw. (Vin hatte 
der Tastkopf leider nicht richtig kontakt.)
L-Soll=4µH L-Ist=4.7µH
Cin = 270µF mit TVS.
An Vsw vermute ich tatsächlich ein Kurzschluss von M2.



Da ich keine mehr übrig habe und die auch nicht gerade billig sind, gebe 
ich das mit den LT8646 auf.
Klar habe ich hier noch ein paar Designfehler, aber ich denke das ich 
noch erheblichen Aufwand betreiben müsste um zum gewünschten Ergebnis zu 
kommen.

Ich hatte schon letztes Jahr ein anderes Design mit dem LT3800 gestartet 
und der ist aus meiner Sicht ein selbstläufer. Hat beim ersten Versuch 
mit 95% Wirkungsgrad funktioniert.

Trotzdem Danke für die Hilfe und gelernt habe ich auch noch was.

[Taschenrechner (Gast)]

Hoarst schrieb:
> habe jetzt meine restlichen LT8646 und LT8645 verheizt

Fies. :(

Na ja, wenigstens hast Du eine funktionale Alternative in Arbeit.
Das ist durchaus ein Trost.